一台汽轮发电机定子交流耐压试验绝缘击穿原因分析及处理

2014-10-25陈吉胜王建涛房志强吴永涛张文军陈俊达

大电机技术 2014年4期

陈吉胜，王建涛，房志强，吴永涛，张文军，赵乾，陈俊达，黄勇

陈吉胜，王建涛，房志强，吴永涛，张文军，赵乾，陈俊达，黄勇

（中广核核电运营有限公司大修中心电气处，深圳 518124）

某核电厂一台百万千瓦汽轮发电机定子绕组在安装结束后进行定子绕组交流耐压交接试验过程中，C相和A相先后发生了对地击穿。经分析，原因是定子绕组下半过渡引线软连接沿上绝缘块拼接处缝隙、通过绝缘盒固定绝缘螺杆到达压电式测振探头及其引线发生了沿面放电。通过将压电式测振探头改进为主绝缘级的光纤式测振探头，并对绝缘盒固定螺杆进行环氧树脂密封切断放电路径，三相交流耐压试验全部顺利通过。至今此发电机已经运行超过3年，在线局放监测数据显示定子绝缘情况良好。

发电机；交流耐压；沿面放电；压电式测振探头；光纤式测振探头

1 放点过程

某核电厂发电机（额定功率1086 MW，定子额定电压24 kV），于2010年5月2日安装后进行定子绕组交流耐压试验。

首先对发电机C相绕组进行试验，当电压升到32 kV时，在励端底部，疑似封母出线箱位置传出清脆放电声响，立即断电检查，未发现异常。重新测量C相绝缘也无明显变化，怀疑接线松动或对地过近所致。检查接线确认无问题后再次升压，12 kV时在同样位置又传出放电声响，断电检查封母出线箱、电流互感器二次线接地、测振元件接地，均无异常，单独对试验设备空升至40 kV也无异常（可调电感因条件限制没有空载升压试验）。

之后对发电机A相绕组进行试验，在电压升至36.3 kV时在同样的位置传出一样的放电声响，断电检查封母出线箱无异常，经仔细分析、排查，认为放电位置可能发生在发电机内部。打开检查后发现A、C相中性点侧定子出线下半过渡引线绝缘盒上安装的2个压电式测振元件引线被击穿。

本文对压电式测振元件击穿原因和处理措施进行了分析和讨论。

2 原因分析

2.1 交流耐压试验

汽轮发电机交流耐压试验接线如图1所示。试验前检查发电机定子水电导率和绝缘合格情况；测温、测振元件短接接地；非被试相短接接地；气隙探测线圈短接接地；封闭母线短接接地。介质损耗和局部放电试验（24kV）未见放电。

另外，在C相第1次进行交流耐压试验时，没有进行首、尾端短接工作，在C相首端加压、尾端接电压表进行监视（规程是允许的）。试验过程中观察C相尾端的电压仅比首端高20～30 V。在听到第1次放电声后，将C相的首、尾端短接进行第2次试验，以后的试验都在首、尾短接情况下进行。

T—调压器；B—试验变压器；L—补偿电抗器；A1和A2—电流钳表；A3—高压分压器；G—发电机及其A、B、C三相定子绕组

2.2 检查故障点情况

打开汽轮发电机励端出线罩人孔门，检查故障点，具体放电位置在C相、A相中性点侧的测振探头第1道绑扎带处（测振探头安装在定子出线下半过渡引线绝缘盒上）。

2.3 放电原因分析

为查清放电路径，使用视频内窥镜检查了绝缘盒内部，如图2（内窥镜从下向上伸入的视图，C相因空间限制内窥镜无法进入）所示。

图2 测振探头绑扎带A相内部放电照片

从图2可看出，放电的路径是从下半过渡引线软连接沿上部绝缘块接缝到绝缘盒的绝缘固定螺杆。

拆除放电点绝缘螺杆后，可以看到放电沿螺杆进行，最终到达测振探头（接点），形成对地通路。周围绝缘盒区域损坏相对较轻。

综上所述，放电途径是定子绕组下半过渡引线软连接（表面为试验电压）沿两块上绝缘块拼接处缝隙、通过绝缘盒固定绝缘螺杆到达测振引线（试验中接地，为地电位）结束。

从结构上看，绝缘盒材料为玻璃纤维，击穿强度为8 kV/mm，绝缘盒厚度6.5 mm，可承受52 kV电压。绝缘盒内壁离软连接约30～35 mm，约可承受100 kV电压，总计耐压应该在150 kV以上，但试验中在30 kV左右时就发生了击穿。

究其原因，这种放电是典型的沿面放电，即固体介质和空气的分界面上出现沿着固体介质表面的气体放电现象，其本质是一种气体放电，但沿面闪络电压比单纯的气体或固体单独作绝缘介质时击穿电压都低很多。

造成本次放电的原因是，在设计中，定子出线与套管间的软连接原设计按照周围是气体绝缘考虑（离最近的外壳距离在250 mm以上，仅在外部扣了一层6.5 mm厚的玻璃纤维绝缘盒起到防护作用，未按照承担主绝缘设计。

如果在绝缘盒的外部没有测振探头，这个设计是没有问题的，但是当压电式测振探头将地电位引至绝缘盒外表面时，未按主绝缘强度设计的软连接与绝缘盒间的绝缘块、空气和绝缘盒将共同承担交流耐压的电压，最终在绝缘最弱的地方引起沿面放电而击穿。

3 处理方案

3.1 改进方法

针对放电原因提出以下改进方法：

（1）将过渡引线软连接处的绝缘按主绝缘处理，但软连接和绝缘盒间的空间因为还要承担运行中的氢气冷却功能（内部无冷却水）而不能再包绝缘，所以此处改进困难较大，短期内无法实施。

（2）将测振探头的绝缘按主绝缘改进。即采用高绝缘强度的光纤探头，不会将接地点电位引到绝缘盒附近。

（3）将从过渡引线软连接到测振探头沿面放电路径进行封堵，沿长爬电距离，可将绝缘螺杆的螺纹与绝缘盒的空隙完全封死。

3.2 现场处理

（1）现场采用了上述3.1节第（2）和第（3）两个方法。将压电式测振探头更换为光纤式探头，设计耐受电压交流60 kV。

（2）软连接上部绝缘仅发生了沿面闪络，从内窥镜上看烧伤程度不是很严重。因在安装过程中，所有的固定和连接螺杆都用锁固胶锁死在软连接中，拆装时要拆除软连接，工作量大、风险高。而光纤探头已经按主绝缘设计改进，此部位主要是绝缘加强。再考虑到运行此部位是发电机中性点，电压较低，决定暂不更换。

（3）将发生击穿的螺杆进行了更换。

（4）将绝缘盒表面击穿变色部分刮去，露出绝缘材料本色后，使用环氧树脂胶修补。

（5）将绝缘盒固定螺杆的螺杆上涂满环氧树脂再拧入绝缘盒，切断此沿面放电路径。

3.3 光纤引线的爬电距离

因运行中光纤引线表面可能脏污，测量所有光纤引线相间及对地最短距离为460 mm。根据GBT16434－1996要求：爬电距离比距为31 mm/KV。按此标准，岭澳核电站二期发电机运行电压下的最小爬电距离为13.8×31=427.8 mm，小于以上分析的最小爬电距离460 mm，满足IV级最严重污染外绝缘要求。

3.4 处理后试验和运行情况

按前述方法进行处理后，三相交流耐压试验全部顺利通过。至今此发电机已经运行3年多，在线局放监测数据及大修中进行直流泄漏试验、绝缘试验显示定子绝缘情况良好，目视和内窥镜检查发电机A相和C相中性点过渡引线绝缘盒、测振元件情况良好。

4 结论

（1）在发电机厂家设计中，应当对压电式测振探头安装到表面未进行主绝缘处理的定子下半过渡引线软连接绝缘盒上进行组合考虑。在所有探测元件设计完成后，绝缘设计师应进行最终的复审和确认，特别留意可能引起沿面放电的地方，它们的击穿电压会大大低于单纯的固体或气体绝缘的击穿电压。

（2）发电机交流耐压试验发生异常现象，应认真分析，查清原因后再进行下一步。不可在未找到原因时继续，使发电机损伤范围扩大。

（3）通过分析，采用主绝缘级的光纤式探头，并对其沿面放电路径进行封堵处理，可保证发电机交流耐压试验合格及运行安全。

[1] GBT16434－1996, 高压架空线路和发电机、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准[S]. 1996.

Analyze and Repair of a Turbine Generator Stator Winding AC Withstand Voltage Test Insulation Breakdown Case

CHEN Jisheng, WANG Jiantao, Fang Zhiqiang,Wu Yongtao, Zhang Wenjun, Zhao Qian, Chen Junda, Huang Yong

(China Nuclear Power Operation Co.Ltd COC/MEE, Shenzhen 518124, China)

During a 1000MW turbine generator stator winding AC withstand voltage test, there were insulation break down in phase C and phase A. After analyzing, the discharge along surface was found from the insulation pieces connection gap of the stator winding lower dropper connection to the piezoelectric vibration sensor and its cable. By changed the piezoelectric vibration sensor to optical fiber vibration sensor and seal the discharge path inside the insulation box with epoxy to avoid discharge, the 3 phases AC withstand voltage test has successful. So far the generator has operated over 2 years and online partial discharge system shows the stator winding insulation is good.

generator; AC withstand voltage test; discharge along surface; piezoelectric vibration sensor; optical fiber vibration sensor

TM305.2

1000-3983(2014)04-0027-03

2014-02-11

陈吉胜（1975-），1974年毕业于哈尔滨工业大学校电磁测量与仪表系电磁测量与仪表专业，长期从事电气检修工作，现从事核电电气维修专业技术研究工作，高级工程师。