定子线棒跨接引线绝缘故障原因分析及处理

刘英军

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北 唐山064309）

0 引言

某厂发电电动机为立轴、悬式、三相、50Hz、空冷可逆式同步发电电动机，型号为MV840/240142-48，该厂发电机为意大利TIBB公司生产的。

2016年发电机已运行24年，在机组检修期间，对定子线棒及跨接引线检查时，发现102号线棒跨接引线绝缘故障，故障点外部绝缘漆、玻璃丝带及云母带存在烧损现象。经测量跨接引线与螺母的距离为6cm；与绝缘块边缘距离为4cm，现场绝缘照片见图1。

图1 过桥引线绝缘故障情况

1 问题分析

（1）运行中过电压造成引线绝缘故障。

（2）绝缘老化造成过桥引线内部绝缘碳化，绝缘能力降低，引起绝缘故障。

2 问题排查

（1）运行中过电压引起绝缘故障

通过对定子绕组接线图的分析，102号线棒端盒跨接引线为C相头部，该处经跨桥引线直接引出至机组出口隔离刀闸，属于运行电压最高的端部，其运行电压达13.8kV。根据对绕组定位图可以确定该线棒输入42极绕组（142.8r/min抽水绕组线棒），受水头影响电站自年初至今抽水运行始终为125r/min运行。即运行中该绕组只带有电压，而无电流，因此该线棒不会有较高温度产生；且机组无局放监测装置，无法发现确切的故障发生日期。

根据检修和定检，电站上半年2号机组开展过D级检修，检修中未发现此处存在绝缘故障。

通过对计算机监控系统、机组保护装置、机组PMU装置进行故障信息和电压、电流波形分析，未发现C相电压过高的记录。2016年7月22日至8月25日，期间C相运行电压最高值为10kV。

现场该故障点明显有对固定螺母的放电痕迹，2016年7月22日发电机设备定检后的记录主要有：2016年7月31日，2号机组经变频器抽水启动中因同期超时启动失败，当时的故障原因为C相电压消失12ms。故障中变频器输入开关14DL跳闸后该故障点消失，主变低压侧电压恢复正常（但此次故障后仅对机组出口开关至变频器输入开关14DL范围内进行了检查，未发现异常，因未对发电机设备检查，故无法明确确认此处绝缘故障与7月31日C相电压短时消失有关）；2016年8月5日，同为2号机组经变频器抽水启动过程中因主变低压侧C相槽型母线对穿芯式电压互感器基座及二次绕组等部位污秽爬电，电流窜入二次回路造成主变差动保护动作。

综上所述，排除因运行中过电压引起的绝缘故障。

（2）绝缘老化造成过桥引线内部绝缘碳化，绝缘能力降低，引起绝缘故障

发现绝缘故障后，潘家口电厂立即与相关技术人员取得了联系，并邀请到现场进行指导。对现场故障点的绝缘层进行铲除修补过程中能发现该引线绝缘层严重碳化、空鼓，内部绝缘能力已严重降低；且线棒有明显过热痕迹（图2）。

图2 102号线棒引线绝缘层情况

根据102号槽盒上贴的温度监视贴条，发现该端头盒运行中的最高温度值为80℃左右，较其他端头盒温度属较低的（图3）。

图3 温度贴条情况

经分析，认为造成此处绝缘故障的原因主要为设备运行年限已超过20年，绝缘老化，且运行中出现过短路故障等（1994年、2014年相间短路故障）。此类故障加速了绝缘的进一步老化。为了对绝缘老化情况进行判断，在2号机组同样电压范围内选取了一段跨接引线进行抽检，抽检点选择为30号线棒跨接线上，现场抽检结果显示该位置同样存在内部绝缘碳化的情况，碳化层数已达6～8层，仅有外部数层绝缘情况相对较好。

相关情况见图4、5。

图4 2号机组跨接引线抽检情况说明图

图5 抽检点铲下的绝缘包裹层情况

通过对故障点的绝缘层检查，以及对同电压范围内的跨接引线的绝缘抽检，可以确定2号机组跨接引线的绝缘已严重老化，尤其是内部严重碳化后绝缘降低，存在较高绝缘故障的风险。

3 处理步骤

（1）对绝缘故障点和抽检点进行了重新绝缘处理；处理使用的材料见表1。

表1

（2）实施步骤

1）总体要求为在原有跨桥引线外，再增加包扎5层云母带，加固原有老化的主绝缘。（现场存在空间限制不能操作的部位，在进行论证安全距离后可不做处理）

2）施工工艺

①首先对定子跨桥引线周边做好防护，以免打磨及其他操作产生杂质掉落进入铁心。

②锉刀去除漆瘤，用砂纸打磨需要处理的引线外绝缘表面，使表面成毛面（处理要小心，不可伤及绝缘）。

③打磨完需要用吸尘器将粉末清理干净，然后再用蘸有无水乙醇的抹布清理铜环表面。

④等待酒精挥发后，包扎云母带。

a包扎区域和打磨区域至少要保证5m以外的距离，以免粉尘飘落粘黏到树脂上。

b配置EP139树脂，搅匀后方可使用，4h内用完配置好的树脂（每次不需要配置太多，以免造成树脂的浪费）。

c在清理干净的引线绝缘表面涂刷一层EP139树脂，涂刷均匀。

d采用半叠包扎方式，包扎5层PC6云母带，要求每包扎一层完毕后，需要涂刷一层EP139树脂，涂刷均匀（注：云母带包扎玻璃膜朝外）。

e在包扎完绝缘的外表面涂刷一层EP139树脂，涂刷均匀，然后半叠包一层无碱玻璃丝带，在无碱玻璃丝带外涂刷一层EP139树脂。

f完成后再半叠包一层聚四氟乙烯带，聚四氟乙烯带外再半叠包一层TJ聚酯纤维带（此工序对于包扎空间小的区域，可取消。但是要保证包扎完的绝缘单边厚度不得超过2.5mm，同时各跨桥引线之间的间隙不得小于35mm）。

g在每个包扎完区域，TJ聚酯纤维带外标记清楚包扎日期以及完成时间。

⑤树脂需要室温固化24h以上，（如果有碘钨灯保证包扎的铜环能够在50℃以上，可固化12h以上）自然冷却。

⑥固化完成后，拆除TJ聚酯纤维带及聚四氟乙烯带并清理。

⑦表面喷涂GK128底漆一遍，室温固化24h以上。

⑧表面喷涂DK222面漆一层，室温固化24h以上。

3）处理完成后效果

整体加固工作全部完成后，对发电机进行绝缘电阻测试及手包绝缘电位外移试验，试验数据合格，效果显著，现场实施后图片见图6。

图6

4 总结

发电机投运已23年，在长期运行过程中，跨接引线在通过电流时发热，加之在运行时跨接引线长期带压运行，造成跨接引线绝缘老化。跨接引线绝缘内部产生碳化、空鼓现象。产生碳化后绝缘强度大幅度降低；出现空鼓后可能在两绝缘层之间形成空气隔热层且可能发生内电源现象。在绝缘层剥离时，出现绝缘层分层现象，说明在绝缘层内部存在严重空鼓现象，根据拆除下的绝缘带可发现，内部绝缘层相当于多个空气隔热层，使内部产生的热量无法散出，所以外部测温条并未有明显变化，却使得内部绝缘老化加速；且当存在空鼓现象后，也可在绝缘层内部产生类电容效应，产生内电晕，造成绝缘层之间放电。随着绝缘层发热后，绝缘出现碳化现象，绝缘碳化后将会与绝缘空鼓形成恶性循环，进一步加速绝缘老化。根据现场照片可知，此次绝缘损坏，就是因为在绝缘层间存在严重空鼓及碳化现象，内部温度过高且存在内电晕现象，造成外部绝缘烧损。绝缘加固，存在加固后可能进一步加速绝缘老化的风险，担心造成发电机跨接引线绝缘的进一步恶化，但在实施至今已2年的时间内，多次进行发电机交流耐压、直流耐压、直流泄漏、电位外移等电气预防性试验，并未出现数据不合格或耐压击穿的情况，由此可见，此绝缘加固方式可推广至其他绝缘受损或绝缘老化严重的发电机上，以上论述均为笔者观点，如有不妥还请包涵。