定子绕组检温计故障烧坏发电机的分析与对策

1/9定子绕组检温计故障烧坏发电机的分析与对策定子绕组检温计故障烧坏发电机的分析与对策周德贵四川电力试验研究院，四川成都610072摘要论述了一台FG500185DK型发电机，由于埋设于定子上、下层线棒之间的检温计故障，烧坏了线棒与铁芯。详尽地分析了原因，提出了防止措施，实践证明效果良好，值得有关单位重视，杜绝类似事故重演。关键词检温计故障；发电机；烧坏；事故分析；措施1故障经过简述一台型50MW东德制发电机，定子绕组为烘卷型绝缘，额定电压KV，额定电流3440A，运行年久绝缘老化。委托电力修造厂制作了环氧粉云母黄绝缘整台定子绕圈，并按该厂的嵌线工艺和试验程序，完成了整机更换定子绕组的工作，一切按规程规定的试验标准试验均合格后，开机作了三相稳定短路试验，在作额定电压空载试验时，当电压升至持续30S，即发现电机内散发出响声并冒烟，同时发电机纵差、定子一点接地、过流保护均动作、转子一点接地指示吊牌紧急停机检查，发现定子线棒A、B相间绝缘击穿接地。转子绕组绝缘电阻为15M，此时定子检温2/9计指示温度56。2故障烧损实况抽出转子后检查发现定子第14槽A、B相间绝缘击穿接地，拔出线棒发现下列实况。上层A相线棒股线烧断20股上层A相线棒在第21段铁芯处绝缘击穿，烧断下窄面股线2022股，占总投数68的，烧了5个缺口，最深处达23MM，总长度约300MM，两排股线烧断的情况基本一样，见图1。下层B相股线烧断22股下层B相线棒的烧坏实况与上层A相的相对应，烧断的股数占总股数62的，烧坏的最深处约20MM，且与上层线棒下窄面烧坏的最深处相对应，总长约200MM，股线烧断处呈阶梯状。见图1。铁芯烧坏定子第14槽由励磁端起向汽轮机端第2023段铁芯，与线棒埋设检温计处的接触面烧坏，最严重的为21段铁芯，几乎将齿部在上、下层线棒窄面接触处烧断，第15槽齿部的烧坏实况与第14槽的相对应，仅程度稍轻，如图2所示。3/9发电机其他部分还发现高温熔化的铜和铁珠，在风的作用下，散落在电机定子槽楔和铁芯通风沟处，烧熔的铜和铁的蒸汽小颗粒，喷射在定子铁芯上，且在定子出风的档风板上，拾得两片铜的熔片。3故障分析发电机发生故障后，各方的分析者认为是下列原因所致。新线棒股线环流大过热使绝缘击穿用户认为因线棒制造质量欠佳，股线换位不良，使股线环境过大，造成局部过热，致使绝缘击穿，烧坏线棒和铁芯。但笔者经分析则认为，因股线环流局部过热，引起绝缘击穿甚至熔断者，应具有下列条件。运行特点运行时间较长，一般在13年18年，最短的也有6个月。如某发电厂先后曾发生过3台发电机因股线环流熔断线棒的事例，如表1所示。4/9一股长期承受着超负荷运行，受过多次大电流的冲击。线棒熔断处附近，股线有局部缺陷，如断股、断裂和短路。发生故障前，故障线棒温度增高，线棒熔断时熔化的铜与铜蒸汽的压力很大，会渗入主绝缘内，最后击穿主绝缘造成接地。通常均在带负荷，尤其是在重负荷下才能发生。引发因素定子绕组槽部和端部固定不良，在运行中因受电磁力和机械力的作用、松动、磨损。运行中定子电压均较高，线棒内游离严重，导致绝缘老化，股线松散，甚至断裂、断股。由于过负荷和故障大电流的冲击，使股线缺陷扩大，形成断股。负荷变化频繁、激烈，在冷热风道交界处温差大，铜温反复变化造成疲劳断裂。长期过负荷运行，加速绝缘老化，促使股线松散、裂纹、断股严重。FG500185DK型发电机绝缘击穿时的状态型发电机，是新嵌装线棒在空载状态下，A、B相5/9间发生的绝缘击穿，显然与上述的分析不符合。因为定子线棒的股线环流是指在股线电流与股线平均电流之差，经在BCL2134912型发电机上实测出空载下的股线环流，仅占发电机额定电流的63，占股线额定电流的。据此估算FG500185DK型发电机，在空载状态下，上层线棒股线环流最大的也仅占股线电流的，而下层线棒的最大值也仅有4136。因此，该机空载时的股线环流远未达到其额定电流，不可能引起股线发热，更不可能熔断股线，甚至烧坏线棒和铁芯。综合上列分析可得出，该机在空载时A、B相间绝缘击穿，绝不是由于股线环流过大，局部过热所致。铁芯处理不良局部过热引起绝缘击穿该机在制作线棒时，由于测量误差，制作的线棒尺寸偏大，且为环氧粉云母热固性绝缘，现场嵌线困难，决定修锉定子铁芯槽部，满足线棒嵌装要求，使对整机定子铁芯槽部作了处理。发生故障后，制作线棒厂方认为，铁芯处理面积很大，且质量不良，局部短路过热引起的绝缘击穿。但笔者经分析后，基于下列几点，认为也不是这种原因所致。1铁芯处理前后的铁损基本一致该机在更换定子线棒前运行正常，取出线棒、处理铁芯前后，均作了铁损试验，其结果列于表2。6/9从表2数据明显看出，铁芯处理前、后的铁损试验结果，齿部温度基本一致最高的一点也仅差；齿部最高温差接近与；铁芯最高温升基本相同与，均远低于标准30和45的允许值，且折算到10000ZC时铁芯的单位铁损WKG和WKG，还小WKG，低于该机厂家给的铁损值WKG。因此，铁芯处理后是合格的，不存在局部短路过热，引起绝缘击穿的可能性。2铁芯处理的槽部与绝缘击穿处不对应铁芯处理的示意图如图3所示，从图中可见，若处理不良有局部短路时，则在空载下，由于铁芯局部过热烧坏的必然是子线棒与槽壁接触的宽面S，但线棒的宽面无烧坏，仅第14槽线棒的窄面埋有检温计处烧坏，故不是铁芯处理不良所致。嵌线中绝缘受损空载时击穿该机在全部更换定子绕组的过程中，均按工艺过程中规程的电压标准作了试验，线棒合格后嵌线，竣工烘潮后又作了绝缘试验，全部合格。发电机启动前的绝缘试验也正常，其结果列于表3。7/9表3试验结果表明，该机在启动前交、直流耐压试验均通过，绝缘合格。在空载电压下，仅持续30S，A、B相间绝缘即击穿接地，还烧坏了线棒和铁芯。显然是其他原因所致。检温计引起故障使绝缘击穿笔者在现场实际调研、察看、实物剖析否定上列三点后，得出是检温计引线故障所致。现解析于下。该型发电机的冷却方式，是两端进风中间出风的封闭式循环冷却系统。制造厂为了使定子绕组测量的温度低，将检温计埋设在定子铁芯距端面约300MM处，定子线棒上、下层之间见图3的进风冷风区，用无屏蔽的绝缘线，沿轴向引至测温板，供测温表计用。本次在更换该机的线棒时，为了使测量的温度能真实反应出最高温度，确定将检温计埋设在中部出热风区，定子线棒上、下层之间，用抗干扰无绝缘护套的金属屏蔽线沿轴向外引出，也接至原温度板上，供测量用。这样就使沿轴向的引线长达580MM。据计算在下每根线棒的速率电势为358V，检温计引线上的为V。8/9由于检温计与引线埋于A、B相线棒间的垫条之中，存在一定的气隙，其介电系数01，而环氧粉云母绝缘的R5，使气隙中的电场强度约为线棒绝缘的5倍，在13UN空载电压下，气隙中的场强较高，足以使之游离放电，将检温计引线绝缘一般胶线烧坏后，使与金属屏蔽构成回路，流过电流过热将A、B相线棒窄面的绝缘烧坏，致使其相间绝缘击穿，击穿后相间短路产生的大电流，即将线棒股线烧断，铁芯齿部烧坏。随即抢修该机，取出定子线棒时发现，在埋有检温计的槽上，均有与14槽A、B相间线棒窄面绝缘烧坏相同的特点，只因各线棒所处的电位高低不一，烧坏的程度不同而已。因此，进一步确证上述A、B相间绝缘击穿，是检温计及引线埋设不当所致。在重新嵌线修复发电机，埋设检温计时作了下列规定检温计要埋设在靠定子线组中性点，电位较低的线棒之间。埋设后就地将测量线从定子铁芯通风沟引出，不准沿轴向敷设。检温计的测量线，要用带绝缘护套的屏蔽线，不得用无绝缘套金属屏蔽线。照此规定，将发电机定子线棒重新嵌装，埋入检9/9温计修复后，自投入运行至今，未见异常。4定子铁芯的修复对于烧坏的定子铁芯齿部，应用环氧树脂材质，作成与之相同的形状，用韧性优、抗拉、抗压力强的粘接剂粘接修复。经铁损试验合格后，修复发电机运行至今