龙头石电厂1号发电机定子线棒发生端部放电现象的分析及处理过程

刘江武，王揆

(紫坪铺水力发电厂，四川成都 610091)

1 概述

龙头石电厂位于四川省雅安市石棉县境内，距安顺场上游10 km，其上游与大岗山水电站衔接，下游与规划中的老鹰岩水电站衔接，为大渡河干流规划调整推荐22级方案中的第15个梯级电站。电站装机四台，总装机容量700 MW，年发电量31.21亿kW·h。电站以500 kV 电压等级以1回线路通过石棉500 kV 开关站接入电力系统，在电力系统承担电网调峰、调频和事故负荷备用等任务。

该电厂发电机生产厂家为东方电机股份有限公司，发电机型号:SF175-72/13200;额定电压:15.75 kV;额定功率:175 MW;额定电流:7128 A，绝缘等级:F 级，定子绕组接法:3Y。该电厂在1号发电机定子线棒现场下线过程中，出现了大规模的定子线棒端部放电现象，导致1号发电机施工工期推迟一个月，给电厂、安装等单位带来了重大的经济损失。

2 事故发生过程

2.1 龙头石电厂发电机定子线棒的绝缘结构

龙头石电厂发电机定子线棒电磁线采用直径0.2 mm 涤纶玻璃丝烧结线，定子导线采用两次成型工艺，能更好地保证导线形状和尺寸，从而保证了主绝缘厚度的均匀性。定子线棒应用了先进的内均压技术，可改善角部电场分布，延长主绝缘的运行寿命。定子线棒主绝缘采用改进F 级环氧玻璃粉云母带，线棒的防晕结构采用一次成型防晕处理结构及二次防晕处理结构，可满足高海拔下定子线棒防电晕要求。定子绕组端部采用特制的玻璃丝带或玻璃丝束全绑扎适形刚化固定结构。

2.2 事故的发生

龙头石电厂发电机定子共540槽，在定子下线前对线棒的抽样检查中，抽样线棒均通过交流耐压试验。

当定子下层线棒整体安装完毕后，2008年6月1日，安装单位的试验人员对龙头石电厂定子下层线棒进行了整体交流耐压试验。试验时的初始数据如表1所示。

表1 试验参数表

在进行交流耐压试验的升压过程中，从试验电压升至35 kV 开始，陆续开始有线棒出现放电现象，试验人员与电厂、监理和厂家人员进行讨论后，将有放电现象的线棒甩开，继续对其它线棒进行试验。当试验完毕，共有110根线棒的上端部或下端部出现放电现象，现场可以看见明显的放电痕迹，放电路径如图1所示。放电路径为:线棒的待焊接部位——线棒端部部分绝缘——端箍——铁芯齿压板穿心螺杆。

3 事故处理过程

3.1 第一次事故处理方案和处理过程

图1 放电路径图

当下层线棒第一次的整体交流耐压试验结束后，电厂召集试验人员、监理人员与厂家现场代表对线棒出现放电现象的问题进行了分析，在排除了厂家代表提出的试验设备、试验电压、试验环境(温度、湿度、粉尘)、安装工艺以及试验人员资质等方面的问题后，要求厂家代表就此问题拿出处理方案。

厂家代表在与该厂的技术人员进行交流后，拿出了第一次处理方案:由于线棒的放电现象均出现在线棒的端部，而线棒的直线部分均没有击穿，从图1所示的放电路径看，生产厂家认为发生放电现象的主要原因是线棒与端箍之间的绝缘距离不够造成的，提出只要增大线棒与端箍之间的爬电距离，就应该可以将放电现象消除。

为了验证以上方案的正确性，厂家在线棒与端箍之间增设了一层绝缘膜，以此来增大线棒与端箍之间的爬电距离。绝缘膜的安装方式如图2所示。

图2 线棒与端箍之间加装的绝缘膜

当对50根线棒进行绝缘膜的安装后，试验人员对加装了绝缘膜的线棒进行了交流耐压试验，从试验电压升至39 kV 开始至试验完毕，又有7根线棒的上端部或下端部发生放电现象，绝缘膜被击穿，放电路径与未进行处理时的放电路径一样，故第一次处理方案失败。

3.2 第二次事故处理方案和处理过程

第一次事故处理结束后，厂家对此问题又进行了仔细的分析讨论:由于放电现象均出现在线棒的端部，从放电路径看，电弧是沿着线棒的绝缘部分闪络，而不是线棒的端部绝缘被击穿，问题的原因还是应该从线棒与端箍之间的爬电距离方面进行考虑。第一次处理方案中的绝缘膜被击穿，最有可能的原因是绝缘膜的耐电强度不足。出于以上考虑，厂家拿出了第二次事故的处理方案:加强线棒与端箍接触面的绝缘层厚度，并将线棒的待焊接裸露部位也进行绝缘包扎，用增加绝缘层厚度和长度的方法来增大爬电距离，处理完毕后用试验对第二种事故处理方案进行验证。具体的处理过程如下:

(1)取出已经下好的全部线棒，将线棒端部的绝缘层进行打坡口处理。未打坡口的线棒和已经打好坡口的线棒如图3和图4所示。

图3 未处理时的线棒端部

图4 已打好坡口的线棒

(2)将打好坡口的线棒重新下线，下线完后对线棒端部的绝缘作如下处理:用环氧粉云母带对线棒端部的绝缘重新进行包扎，要求新老绝缘搭接良好，包扎时绝缘层间刷841固化胶。绝缘层的厚度要超过主绝缘层的厚度，将绝缘层的长度包至线的端头处。因为线棒端头处要套装绝缘盒，绝缘盒灌装后的绝缘层厚度要比包扎处理时的绝缘层厚，如果此方案可以通过耐压试验，则再将线棒端头处包扎的绝缘层剥除，用绝缘盒代替该处包扎的绝缘。线棒进行绝缘包扎后的情况如图5所示。

图5 包扎绝缘后的线棒端部

安装人员按上述方法对50根线棒进行了处理，待绝缘胶固化后，安装试验人员对重新进行绝缘处理后的线棒作了交流耐压试验。试验过程中没有再发生发电现象，试验成功，说明该处理方案可行。

上述处理方案通过后，安装人员对其余的线棒(包括上层线棒)也进行了相同的处理，待绝缘胶固化后，剥除了待焊接部位包扎的绝缘层。当对线棒焊接并灌装绝缘盒后，试验人员对发电机进行了整体耐压试验，试验过程中未出现异常情况，试验通过，至此，龙头石电厂1号发电机定子线棒端部发生放电现象的故障处理完毕。

4 事故原因分析和后续机组的处理方法

4.1 事故原因分析

当1号发电机定子线棒处理完毕后，电厂召集安装和厂家人员对此问题的原因进行了深层次的讨论和总结，从线棒出现放电现象的几率和处理方法看，各方面一致认为:线棒生产厂家在该批次线棒的设计和制造工艺方面有着不可推卸的责任。

从故障出现的几率看，因为问题是大规模出现，基本可以排除安装人员在安装工艺方面等的问题;从处理方案看，当处理完毕进行试验时，工作环境和发生故障时的工作环境类似，因此而排除了厂家人员提出的施工环境恶劣、施工现场粉尘大、空气潮湿超标等原因;当增加绝缘的厚度和长度后，试验能顺利通过，说明问题的主要原因还是出在厂家在线棒的设计和制造工艺方面。

4.2 后续机组的处理方案及结果

在分析和确认了事故发生的原因后，生产厂家提出了后续机组发电机定子线棒的处理方案:

方案一:对龙头石电厂其余三台发电机定子线棒进行重新设计和制造，以避免类似现象的再次发生。

方案二:改变发电机的端箍结构，将端箍改为由绝缘材料制造的不导电的端箍，以此来增加线棒端部与地之间的爬电距离。

生产厂家采取了上述两种处理方案相结合的处理方法，对龙头石电厂后续三台发电机的定子线棒重新进行了设计和制造，并将发电机端箍改为绝缘材料制造。改造后的端箍如图6所示。

图6 用绝缘材料制作的端箍

经过上述方法进行处理后，龙头石电厂后续三台发电机定子线棒均顺利通过了交流耐压试验，未有类似放电现象出现。

5 建议

此次事故的发生与处理，共拖延施工工期一个月左右，给各方面带来了重大的经济损失，浪费了大量的人力和物力。从以往的统计情况看，发电机现场下线时出现类似问题的情况很少见，说明生产厂家在线棒的设计和制造方面考虑的不周全。对此，笔者提出以下几点建议:

建议一:线棒的生产厂家在线棒的设计和制造方面应考虑周全，如果在设计和生产时对线棒的端部绝缘多考虑一下，稍微将线棒的端部绝缘做一下加强，就不会有此类问题的出现。

建议二:在两次处理方案中，还有一个方面未被考虑:为什么抽样线棒均通过了耐压试验?笔者经分析后认为:线棒在下线前的抽样检查试验中未出现放电现象的主要原因是安装试验人员在对抽样线棒进行耐压试验的方法上存在一定的问题。在现场抽样检查的试验过程中，线棒的端部在试验台上均为悬空放置，线棒的裸露部位与试验时包扎的铜皮之间的绝缘距离较长，故线棒在抽样试验中未出现放电现象。而下线完毕后，线棒的裸露部位与端箍之间的爬电距离较短，所以出现了抽样线棒能通过试验而下线完毕后放电现象的大量出现。因此，笔者建议安装试验人员以后在对抽样线棒进行交流耐压试验时，能尽量模拟线棒安装后的实际位置，提前发现问题，将隐患消除在萌芽状态。