某厂QFR－135－2J型燃机发电机定子绕组试验击穿原因分析

赵明珠

(大唐苏州热电有限责任公司，江苏 苏州 215214)

0 引言

大唐苏州某燃机电厂一期建设规模为2×200 MW级(E级)燃气－蒸汽联合循环热电联产机组。1号燃机发电机为QFR－135－2J型，其主要参数如下:额定容量135 MW;额定电压13.8 kV;额定电流6646 A;额定频率50 Hz;功率因数0.85(滞后);励磁方式为自并励。1号燃机发电机定子出厂到穿入转子到做交接试验，在建设单位停留了23天。

1 事件经过

2013年3月12日，在1号发电机转子穿入后的第18天，对该发电机定子进行交接性的耐压试验。测量发电机三相绝缘良好后，进行定子绕组泄漏电流和直流耐压试验，实测发电机A相泄漏电流偏大为68 μA，B相合格，C相电压升至28.8 kV时，定子内部出现了明显的放电声音，试验仪器电源跳闸。降压后测量C相绝缘下降至950 MΩ。该厂技术人员随即向上级公司领导进行汇报，并让制造厂派人来现场协助检查。与此同时该厂技术人员查阅发电机出厂试验报告，报告显示该发电机定子耐压试验(三倍额定电压)结论为合格。2013年3月15日电机制造厂技术人员赶到现场，打开发电机两侧端盖再次对定子绕组C相进行泄漏电流和直流耐压试验。在电压升至18.5 kV时，检查发现励端定子绕组5点半方向出现明显放电现象。放电位置在距离端部不远处，基本可以看见放电迹象。初步判断应为26～31上层线棒出槽口处放电。为了进一步确认和处理击穿点，通知施工单位清理场地，拆除燃机外罩壳，检修平台吊装就位，轴瓦、转子集电环罩吊离，于2013年03月21日抽出1号燃机发电机转子，经检查确认C相29槽口3 cm处被击穿，故障情形见图1。

由于击穿点内侧有部分疑似受潮生锈痕迹，电机制造厂技术人员认为，该发电机定子线棒在电厂期间受潮导致绝缘性能下降可能是致使绝缘击穿的主要原因。

图1 故障情形

2 原因分析

2.1 设备的监造情况分析

1)监造过程缺失

大唐苏州某电厂委托北京某工程咨询有限公司对主机和主要辅机设备制造过程进行监造，并有常驻工程师对汽轮发电机组及燃气轮发电机组进行监造。从2012年5月起开始，设备监理工程师依据技术协议和供货合同、技术协议中的有关条款和大唐集团[2009]33号文件“中国大唐集团公司工程项目发电设备监理管理办法”，参照电力、机械两部颁发的[1995]37号文件《大型电力设备质量监造暂行规定》的要求和《驻大型电力设备制造厂总代表组工作条例》的规定，对该机组的设备的制造过程进行了质量监造。

在发电机设备监造总结中，驻厂监理工程师对设备制造过程的文件、工艺、过程实施文件见证(R点)、现场见证(W点)和停止点见证(H点)、无损检测(I点)。

发电机定子监造点见表1。

表1 发电机定子监造点

查阅发电机出厂试验报告，未见绕组端部手包绝缘电位外移试验项目。询问制造厂人员，告知可能未进行此项试验，回复称通常仅对容量200 MW及以上机组要求进行绕组端部手包绝缘电位外移试验，但监造报告中见证项目表却对此项试验描述为现场见证点(W点)。确认没有进行该项试验。

2)设备出厂试验不够完善

监造报告要求，确认检验和试验的操作、过程是否符合检验和试验规程，驻厂监造师应在试验报告上签字确认。但出厂试验报告上无驻厂监造师对此试验项目的确认签字，可以确认未进行此项试验。

从现场试验情况以及以往存在较多绝缘缺陷的情况分析，采用交、直流泄漏及耐压试验法存在一定的局限性。当端部绝缘出现局部缺陷时，由于其与铁心距离较远，如端部接头等处，则施加电压到此处绝缘中的电位大大下降，不易被查出。故应增加定子绕组端部手包绝缘电位外移试验，对发电机组定子线圈端部、引线处绝缘缺陷进行检查。可以这样假设，如果该定子线棒存在先天潜在绝缘制造缺陷，而又没有进行绕组端部手包绝缘电位外移试验，因此此缺陷是无法监测或检查出来的。

2.2 原因分析

图1中疑似受潮生锈部位(27～30槽)，该发电机定子从出厂到现场安装仅有23天时间，而定子始终在燃机发电机厂房之中，受潮生锈机率极小。但从锈迹上无法判断生锈时间及地点。所以制造和监造工作不容忽视。

2.3 试验数据比对

3月12日交接试验数据见表2～表6。

表2 试验时的环境温度及湿度

表3 用户绝缘吸收试验数据

表4 制造厂绝缘吸收出厂报告

表5 用户直流泄漏及耐压试验数据

表6 制造厂直流泄漏及耐压试验数据

现场进行试验C相电压升至28.8 kV时，定子内部出现放电声音，随即击穿。A相绕组在交接试验时，3Un直流试验中泄漏电流在68 μA，远大于出厂试验报告泄漏电流值。对A相绕组进行外观检查后，未发现明显绝缘破损。再次试验时，加到1Un时泄漏电流达到100 μA。为保证安全，试验未再继续进行。协商后先按受潮情况处理，在A相绕组中接入2台直流电焊机，因现场条件限制，只能通入600 A电流，同时在定子膛内悬挂4只250 W红外线灯泡和4只1000 W碘钨灯进行48 h烘干处理。处理后再行试验，直流耐压前测试绝缘电阻、吸收比及极化指数均满足规程要求。但直流耐压加至0.5 Un时泄漏电流达到63 μA，1 Un时泄漏电流达到 186 μA 且有上升趋势，停止直流耐压试验，再测A绝缘电阻明显下降。规程要求在规定试验电压下，各相泄漏电流的差别不应大于最小值的100%;最大泄漏电流在20 μA以下者，相间差值与历次试验结果比较，不应有显著的变化。现场试验与出厂试验出入较大的原因可能是试验数据有假，且制造厂未注明试验仪器让我们对试验数据留有怀疑。

3 结语

1)对照发电机监造报告，见证项目表所列项目的见证点存在漏项，未能逐一落实，对设备的生产及试验监造不到位。制造厂对于现场见证点发电机定子绕组端部手包绝缘电位外移试验项目未进行，为先天存在缺陷的出厂形成漏洞。

2)该台发电机A、B、C三相分相试验过程中，可知绝缘吸收比完全合格。根据绝缘干燥时的吸收比应大于2，而受潮后的吸收比约等于1。如果测试品受潮，那么在测试时，吸收电流不仅在起始时就减小，同时衰减也非常快，吸收比的比值会有明显不同。所以通过测量吸收比可以判断绝缘是否受潮，故可完全排除因受潮造成绝缘损伤。且C相线棒表面的绝缘爆破处无外力受损痕迹，从绝缘爆破出明显可以看出绝缘是由内向外爆破、炸裂，定子槽部及转子表面均无明显放电痕迹。查阅出厂试验报告，耐压试验虽然合格但直流泄漏值偏大(28 μA)。据此分析，此次故障原因极可能是该线棒绝缘击穿处应存在先天性的绝缘缺陷，如绝缘层间可能存在气泡、裂纹或杂质、绝缘层剥离等。试验中空间电荷主要分布在正负电极附近的绝缘中，它对电场的影响主要发生在电极附近的介质中，可使电极附近的介质中最大电场强度比平均电场强度高5～6倍。在出厂的耐压试验过程中，虽未造成绝缘击穿，但电离出来的电子、正负离子在绝缘内部气隙进一步侵蚀、破坏绝缘，最终导致该处绝缘在交接直流耐压试验中击穿。