定子绕组短路故障的原因排查

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：(一) 定子绕组端部绝缘缺陷发电机定子绕组短路故障主要指相间短路,而相间短路故障又主要是由于定子绕组端部绝缘有缺陷而造成的。定子绕组端部绝缘制造工艺质量差所导致的先天性绝缘缺陷是造成定子绕组端部短路故障的根本原因。这两次事故主要是由定子线棒接头漏水所引起的。例如,某发电厂的#1发电机于1987年10月2日发生相间短路事故。

(一) 定子绕组端部绝缘缺陷

发电机定子绕组短路故障主要指相间短路,而相间短路故障又主要是由于定子绕组端部绝缘有缺陷而造成的。定子绕组端部绝缘缺陷主要有:

1.先天性绝缘缺陷

(1)端部绝缘工艺质量差。定子绕组端部绝缘制造工艺质量差所导致的先天性绝缘缺陷是造成定子绕组端部短路故障的根本原因。对国产200 MW汽轮发电机,常见的有:

1)鼻端绝缘存在弱点。线棒主绝缘在末端与绝缘盒搭接处,未加包绝缘带即伸入盒内或只包二层绝缘带,成为鼻端绝缘弱点;水盒接出引水管水嘴处的锥形绝缘层也未深入绝缘盒内,易出现缝隙,成为鼻端的另一绝缘弱点。

2)引线接头处绝缘存在缺陷。引线接头处的手包绝缘段的股线未进行固化处理,甚至充填该处的绝缘物竟是卷起来的绝缘带。该段手包绝缘层整体性差,出现分层。绝缘盒内环氧泥未填满的占相当数量,特别是空心股线与实心股线分叉处大多未塞满环氧泥。

3)端部绑扎用涤玻绳绝缘,处理工艺差。涤玻绳脏污、除铁不净、干燥不彻底、浸胶不透、固化不彻底,运行中受油污侵蚀和在氢气中湿度超标,遇到机内结露的不利情况下,绝缘水平将显著降低。耐压试验证明,这种工艺处理不良的涤玻绳的击穿电压小于发电机的额定电压,结果在不同相位的涤玻绳之间形成无数条闪络小桥。

【例1】某发电机#4机1989年1月21日发生严重的相间短路事故。短路点位于励侧端部时钟1点的位置,一处在上层10号引线线棒与A 相首端引线接头处的手包绝缘段,另一处位于其后的下层31号引线线棒与C 相首端引线接头处手包绝缘段。二者前后相对击穿,导线烧断。在短路点两侧的9号、11号鼻端也严重烧损,对应的内盖表面有大量的熔铜渣粒。不仅如此,励侧还有13根线棒移位,15个绝缘盒破损,7个绝缘支架开裂;汽侧有13根线棒移位,14个绝缘盒裂开,8个绝缘支架裂缝。

该机之所以能在上述部位发生击穿短路,是下列因素综合作用的结果:①引线线棒与引线接头处的手包绝缘未固化密实,该段绝缘层有分层现象;②含水分的油烟进入机内,布满端部绝缘表面,并渗透到手包绝缘分层之间;③引线线棒的股线在进入接头盒之前未固化成一整体,也未充填即包缠绝缘带,无法限制股线的振动磨损,如个别股线原来就有缺陷,易发展成断股;④引线线棒与引线的接头处,既无压板紧固,又无其他支撑,抗震能力差,成为事故的温床;⑤氢气湿度大 (常压下7.8g/m3),氢温 (入口31℃)、内冷水温 (入口25℃)低,在引水管及绝缘表面结露,降低绝缘强度。

至于在短路点以外,还造成端部如此大面积损坏,充分说明固定结构存在着先天弱点。

【例2】某热电厂的#11发电机于1992 年3月26日发生相间短路事故。故障点位于励侧端部时钟9点位置、A、B两相引线首端的手包绝缘段上。该处前后两引线相对面上,各烧出一个坑。位于后侧的A 相引线,实芯导线烧断17股,空芯导线及水接头未烧损。此外,励侧端部左侧及左下侧附近部件和导风板下半部全部被熏黑,但没有线棒移位及绝缘盒损坏情况。

这台机是1989年9月30出厂,是某电机厂将端部改为27块压板固定的第一台200MW 发电机。机上留有不少改进前的遗痕:上、下层线棒鼻部接头用同一水盒焊接上、下层12根空芯导线;压板是等宽80mm 的长方形压板;绝缘盒无方向性、无边缘突棱。解体中发现引线接头手包绝缘段整体性差,分层现象明显;端部积油,且油中很脏。

分析事故的原因可能是由于B 相引线接头处渗水,致使绝缘强度降低,表面电位升高。通过前后引线间的绑绳,又将相间电压加在A 相引线的手包绝缘段上。最后因该处绝缘强度承受不住而被击穿短路。

(2)鼻端水盒结构不易保证焊接质量。将上下层线棒的12根空芯导线一起套入一个水盒的结构,不仅施工难度大,而且不易保证焊接质量持久牢靠。运行中一旦发生水盒漏水,抢修恢复困难,往往因此而延长非计划停运延续时间。例如,某电厂的2号发电机于1988年1月25日发生相间短路事故。抢修后投运不久,又于1988年2月24日发生第二次相间短路事故。这两次事故主要是由定子线棒接头漏水所引起的。两次事故前都从机内排放出含油的软化水,说明机内不仅进油,而且内冷水系统有漏泄。经分析认为第1次事故是由于漏水使B相27、26、25处接头绝缘降低,而造成匝间短路,短路弧光使集水盒熔铜喷溅到内端盖表面,并蔓延到其下方的C 相引出线接线板,造成B、C 相短路。该机的第二次事故也是由漏水引起的,推断是从28号上层引线线棒与引线的接头 (C 相)对邻近的弓形引线 (A、B 相)放电而引起的。由于引线线棒与引线的接头未经固定,缺乏抗震能力,加上第1次事故后该接头已受到短路电流的冲击,抢修时又未采取加固措施,致使恢复运行不久,该接头空芯导线极有可能损伤漏水。加之上次事故的短路点就在附近,遗留的金属熔渣和碳粉不易清除干净,这些不利因素都会促成相间击穿的发生。

2.定子端部线棒固定结构单薄

端部采用18块压板固定的发电机,每根线棒在每一侧渐伸线部分只受到3或4块压板的作用,实际上受到紧固作用的长度只占渐伸线全长的20%左右。在线棒末端振幅最大处,则有占总数1/3数量的鼻端未受到压板固定,处于悬空受振状态。结果,投入运行一段时间后,水盒在焊接薄弱处出现裂缝、水盒接口附近空芯股线疲劳断裂、空芯、实芯股线相互磨断或磨漏、引水管与汇水管接头螺母松动等。

引线接头的固定,同样也十分单薄。在时钟11点、1点位置的引线接头,前后所联接导线连续弯曲,在其延伸达1005mm 范围内竟没有一个固定点。即使是延伸长度最短的时钟5点、7点处的引线,固定也很差,有的用手即可扳动。

此外,支撑压板的绝缘支架也存在着强度不足、材质易裂的缺点;过渡引线的固定方式由于过分单薄,夹板螺帽经常松脱、掉落。

这些情况说明,原有端部固定结构不能有效遏制端部线棒及引线的频繁振动,使原已存在的绝缘弱点在运行中不断扩大,以致无法避免绝缘击穿事故。更有甚者,一旦发生相间短路,这种单薄的固定结构还无法抵御强大电磁力的冲击,最终造成大面积的损坏。

例如,某发电厂的#1发电机于1987年10月2日发生相间短路事故。其原因主要是线棒鼻端绝缘存在缺陷,线棒主绝缘层末端未伸入绝缘盒内,搭接处仅靠装盒时挤出的环氧泥抹平来填补;其次是汽侧28、25、10号线棒的端部接头均未被压板压住,9号线棒的端部只被压板压住一半。结果,接头在长期悬空受力作用下,绝缘盒两端出现裂缝。又加上端部受到油雾的污染,致使28号绝缘盒在与线棒搭接处产生裂缝后,导体经涤玻绳、压板紧固螺杆对绝缘支架的固定支座放电,引起另两相对地电位升高,#25 鼻端对内盖起弧,最后酿成9、10号鼻端相间击穿。

(二) 端部遗留异物

在发电机制造和安装检修过程中,由于检查、清除机内异物的工作不细,使异物遗留在机内,当发电机投入运行后,造成相间短路或其他不良后果。例如:

(1)某电厂的#1发电机于1989年5月7日发生相间短路事故。其主要原因是,在励侧端部右上方18号上层线棒和23号下层线棒渐伸线交叉处,被一段110mm 长的锯条割破绝缘而短路。经查实,锯条是更换线棒时遗留下来的。

(2)某电厂#6 发电机于1990 年7 月16 日,励侧发生相间短路,其主要原因是,一个M8的螺杆 (长20mm)将两根异相线棒绝缘磨破而导致击穿。事故是在投运后刚半年发生的。

(三) 氢气湿度大、漏 (进) 油严重

氢冷发电机中的氢气湿度过高会在发电机内部产生结露现象。结露一旦发生,轻则发电机内金属部件产生锈蚀,重则使发电机定子和转子绕组受潮,影响绝缘性能。特别是水—氢—氢冷却的发电机,当定子内冷水温度低于氢气中水分的露点时,在定子绝缘引入管外表面会产生结露,严重时会发生单相对地闪络或相间短路,烧坏发电机端部绕组。近几年来,在额定电压15kV以上的发电机上,多次发生绕组端部短路事故,例如:

(1)据1991 年报导,国内102 台水—氢—氢冷却的200MW 发电机已经有11台、15台次发生端部短路事故。

(2)某电厂的#1发电机于1993 年6 月22 日在运行中发生定子相间短路。分析认为,事故的原因是该机端部绝缘存在缺陷,鼻端绝缘为沥青云母带包扎,绝缘整体性差,模压绝缘与手包绝缘搭接不良,绝缘盒充填不满;此外,该机的氢密封瓦向发电机内漏油,机内氢气湿度超标。在绝缘薄弱或缺陷处,由于氢气湿度较大,导致绝缘破坏,发生相间短路击穿。

(3)某发电厂的#2 发电机,于1987 年12 月并网发电,1988年1月25日在正常运行中突然发生定子绕组端部相间绝缘击穿烧损事故,B、C 相间端头短路,在励磁机侧5 点钟位置,绕组水接头、水盒和过渡引线烧毁,事故的当时,发电机内氢气纯度达99.7%,机内氢气绝对湿度为32.4g/m3。

(4)某热电厂的#11 发电机,于1989 年6 月并网发电,1992 年3 月26 日正常运行中氢压为0.29MPa、氢纯度为97.2%、机内氢气绝对湿度为34g/m3,突然发电机纵差动保护、差动速断保护同时动作,发电机和变压器主开关、灭磁开关跳闸,造成事故停机。发电机解列后检查发现,故障点在励磁机侧9点钟位置,定子绕组端部A、B相相间短路,A 相烧断17 根股线,B 相烧断11 根股线。

(5)某发电厂的#5 发电机,于1991 年12 月31日并网发电,1992年4月16日在系统无任何异常情况的正常运行中,发电机内氢气绝对湿度32.24g/m3,励磁机侧B、C 相相间定子绕组端部绝缘短路击穿,A 相定子绕组引出线水接头对端盖内护板放电,定子绕组端部严重烧损变形,定子绕组全部更换,大修费约200万元。

发电机因密封系统不良,导致发电机内进油情况较为普遍,进油会使发电机定子、转子部件上形成油腻 (垢),以致影响发电机的绝缘、散热与安全运行。例如:

(1)某电厂的#1、#2 发电机,为了防止发电机内积油,在定子端部冷热风交界的风道上钻了φ12mm 的泄油孔。由此可知进油的严重情况。

(2)某发电厂#4发电机,在大修中查出鼻端有25处绝缘弱点,拆开绝缘盒后发现都与进油有关。

(3)某发电厂#8发电机,在大修中发现,定子膛内气隙隔环的橡胶元件大部分已被覆盖在表面的油层胀大变形。

(4)某发电厂的#1 发电机于1994 年5 月15日发生了定子绕组相间短路事故。分析认为,这次事故属于典型的绝缘性质的事故,事故后检查过渡引线并联块的绝缘盒,盒内绝缘填料不满,过渡引线铜线有外露,部分接头绝缘不良,运行中发电机内油污及氢气湿度大等情况形成爬电接地而导致相间短路。

综上所述,先天性绝缘缺陷是导致定子绕组端部短路故障的根本原因,端部固定不牢、遗留异物、氢气湿度过大、漏油等缺陷,是诱发和扩大端部短路故障损坏程度的重要原因。

定子绕组短路故障的原因排查

相关推荐