非同期并列对发电机绝缘造成的损坏及处理

2011-07-02亓玉福王炳成

大电机技术 2011年4期

亓玉福，王炳成

（泰安供电公司, 山东泰安 271000）

引言

火力发电厂将发电机并入电网，一般都采用准同期法并列，按此法并列，必须满足 4个条件：（1）待并发电机的电压和电网电压大小相等；（2）待并发电机的电压和电网电压相位相同；（3）待并发电机的频率和电网频率相等；（4）待并发电机的电压和电网电压相序相同。凡不符合准同期条件进行并列，即将带励磁的发电机并入电网，叫做非同期并列。非同期并列可能产生很大的冲击电流，将会造成发电机及有关电气设备严重损坏。因此，必须严防非同期并列。

1 因非同期并列而造成发电机事故

1.1 事故经过

2009年11月14日，山东某热电厂按计划启动#3发电机（以下称发电机），进行并网发电。发电机定速后，也就是发电机转速达到3000r/min，发电机升压过程中发现电压不平衡。18时20分，工作人员检查发现，发电机出线室内发电机侧的电压互感器 A相高压保险熔断，立即进行了更换。发电机升压至额定电压后检查三相电压平衡。这时，发电机的电压和电网电压大小相等、相序相同、频率相等，只等发电机的电压和电网电压相位相同时就能并列。合上发电机同期开关，准备并列时，发现同期装置的频率表、电压表均指示“＋”方向的最大值，当工作人员在控制盘后的端子排上用万用表检查缺陷时，意外造成发电机非同期合闸，变电站侧发电机开关速断保护动作跳闸，立即停运发电机。发电机参数为：型号QFW-15-2A；额定容量15000KW；额定电压10.5kV；额定电流1031A。变电站侧保护装置显示短路电流为 6000A，约为发电机额定电流的6倍。

1.2 事故分析

当变电站侧发电机开关停电，做好安全措施后，立即对设备进行了全面检查。打开发电机端盖，发现定子绕组端部多根线棒位移达到10mm左右，固定绑扎绳多根断裂。检查发现发电机出线室内变电站侧电压互感器的 A、B相高压保险熔断。经分析认为：因为该保险熔断，二次没有电压，同期装置上只有发电机侧的电压，所以频率、电压等表指示出现异常现象。实际上工作人员曾经用万用表测量出变电站侧的二次电压为9V，其实这是感应电压，正常电压应当是100V，实际上二次回路没有电压。在这里顺便说明一下，同期控制盘上没有指针式电压表。读取发电机和变电站两侧的电压，需要在控制盘的显示屏上调出数据读取。由此，很容易判断出是变电站侧电压互感器高压保险熔断。由于工作人员的疏忽，没有检查变电站侧电压互感器的高压保险，而是误认为二次回路有问题，因此，一味的检查二次回路，检查过程中意外在发电机的电压和电网电压相位不相同时并列，造成发电机非同期合闸。由于短路电流通过绕组，产生很大的电动力，使绕组发生变形。

2 发电机定子绕组绝缘损坏情况

当时对发电机测试绝缘电阻未发现异常。发电机故障后试验：转子绕组直流电阻、绝缘电阻；定子绕组直流电阻、绝缘电阻、直流耐压及泄漏电流均合格。定子绕组绝缘试验情况见表1、表2。

表1 定子绕组绝缘电阻及吸收比测量（MΩ）

表2 定子绕组直流耐压试验及泄漏电流测量（uA）

在进行定子绕组交流耐压试验时，A相15.75kV，10秒钟击穿，测试绝缘电阻为0MΩ；B相两次电压升到14.7kV时击穿；C相加压15.75kV，持续1min合格（无论检查试验、线棒击穿部位查找、修后试验都是加压1min绝缘不击穿为合格）。

从以上试验情况看，非同期合闸只是对发电机绕组绝缘造成了损伤，并没有使发电机绕组绝缘对地击穿，而是在交流耐压试验的过程中，A相和B相绕组发生了绝缘击穿。

交流耐压试验是发电机绝缘试验项目之一，它的优点是试验电压和工作电压的波形、频率一致，作用于绝缘内部的电压分布及击穿性能比较等同于发电机的工作状态。交流耐压试验对发电机主绝缘是比较可靠的检查考验方法。由于有上述优点，交流耐压试验在电机制造、安装、检修和运行以及预防性试验中得到普遍的采用，成为必做项目。从该发电机的试验情况来看，绝缘电阻、直流耐压及泄漏电流都没有发现定子绕组的绝缘缺陷，只有交流耐压试验发现了定子绕组的绝缘缺陷。因此，当遇到非同期并列等异常情况，不能判断发电机能否运行时，必须对发电机进行交流耐压试验。

3 定子绕组绝缘击穿部位的处理

3.1 定子绕组绝缘击穿部位的查找

首先拆除定子端部绕组连接部位的绝缘，再用气割割开定子端部绕组连接焊点，使上下层线棒分离。拆除全部槽楔及上层绕组绑扎绳。上层线棒共计42根，按顺序编号。线棒进行交流耐压试验时，根据试验变压器的容量，将42根线棒分三部分进行试验，加压试验的线棒用金属丝连在一起，非加压试验的线棒短路接地，试验电压为23kV。在升压过程中击穿的线棒，仔细观察放电情况及部位后，停止试验，断开试验电源，对加压的线棒放电，拆开已击穿的线棒，做好记录，并在线棒击穿部位做上记号。然后继续对其他没有击穿的线棒试验，直到电压升到23kV持续1min不击穿为止，这一部分线棒试验结束。用同样的方法对其他线棒进行试验。

下层线棒进行交流耐压试验时，先将上层线棒提出槽外，拆除绝缘垫条，然后对下层线棒进行交流耐压试验。此次交流耐压试验，上下层线棒各分三部分进行。全部线棒试验查出5根绝缘击穿。其中，下层16号13kV击穿、下层37号21kV击穿，下层23号加压23kV不到1分钟击穿；上层17号、下层22号加不上电压，这是上次整体检查交流耐压试验时绝缘发生击穿的缘故。线棒击穿部位都发生在进入槽口3cm左右处。

值得注意的是，对于大型发电机等电容量较大试品的交流耐压试验，需要大容量的试验设备及电源，现场难以做到，在此情况下，由于科学技术的发展和市场的需求，现在国内有不少生产串联或并联谐振交流耐压试验装置的厂家，这给现场的交流耐压试验带来很大方便。该发电机检查试验和修后试验都是用的串联谐振耐压试验装置进行的。但是，串联或并联谐振耐压试验装置不能用于查找绝缘缺陷的试验，这是因为无论用串联或并联谐振耐压试验装置进行试验，当发电机绝缘击穿时，谐振立即终止，高电压消失。这样，根本来不及观察放电情况，也就不能确定放电的线棒及部位。因此，必须使用工频试验变压器查找绝缘的放电部位。由于不是整体试验，为了现场试验方便，工频试验变压器的容量可适当选的小些。

3.2 绝缘击穿部位的状态

发电机定子绕组绝缘在交流耐压试验过程中发生的击穿和在运行状态下发生的击穿，在绝缘的损坏程度上有着很大的区别。前者是很轻微的，而后者是很严重的。这是因为，试验变压器的容量有限，击穿电流通常在1安培以下，况且试验设备有过电流保护装置，通过击穿部位的电流时间很短，因此，试验状态下的击穿，绝缘损坏的程度是很轻微的。根据观察，线棒绝缘损坏的痕迹只有绿豆粒大小，击穿通道和针眼差不多。如果不对线棒进行交流耐压试验来确定绝缘击穿的部位，即使将所有的线棒都提出来，用目测很难找出绝缘击穿的部位和击穿的根数。绝缘损坏程度轻微和严重，是从外观状态上讲的，只要试验时（不论交流耐压试验或者直流耐压试验）发生绝缘击穿，不管绝缘损坏多么轻微，是决不允许发电机运行的。否则，发电机一旦投入运行，立即造成接地短路，从而引发相间短路。由于电网容量大，短路电流很大，短路电流产生的高温，短时间内就能把击穿部位的绝缘材料烧毁，同时也将金属导体烧融化，在绝缘击穿部位附近烧出一个很大的洞。

3.3 线棒击穿部位的修复

线棒绝缘的修复是在现场进行的。对在交流耐压试验中击穿的线棒，首先用錾子将击穿部位的绝缘材料剔除，绝缘材料的断面与导体不能垂直，而是一个倾斜面，最好制成阶梯状，剔除绝缘材料的长度在15cm左右。导体上刷一层电机绝缘漆（浸渍漆），绕一层F级云母带，再刷一层电机绝缘漆，如此反复进行。直到与附近的绝缘材料厚度一致为止，最后刷一层电机绝缘漆。用1000W的碘钨灯烘烤约24小时，烘干后，用手持砂轮修复平整。然后做23kV交流耐压试验合格，线棒绝缘修复完成。