发电机定子线棒水电接头漏水问题的分析及处置

薛 蛟，王夏洋，郭晓峰

（晋能控股山西电力股份有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

某电厂3号机组采用前苏联生产的TBB-220-2EY3型同步发电机，额定有功功率215 MW、额定功率因数0.85、额定定子电压15 750 V、额定定子电流9 270 A。发电机冷却方式为水氢氢，额定氢气压力0.3 MPa，额定水压0.27 MPa。发电机定子绕组接线组别为双Y型，绕组为三相、双层、短节距、棒状。2020年，发电机定子绕组汽侧第46槽上层线棒水电接头根部出现漏水问题。

1 发电机结构

1.1 定子绕组端部结构

发电机端部绕组外圆周通过固定在绝缘支架上的三道绝缘绑环支撑，内圆周由一次成型的环氧树脂端环和内护板组合成锥形结构；内护板由绑绳、压板固定于第一道绝缘绑环和端环。线棒鼻端上下层采用并头套锡焊结构，接头表面填充硅橡胶后用火电填充泥填充绝缘盒空隙；端环位于鼻端位置，每两个绝缘盒之间采用环氧树脂楔块楔紧，并使用绝缘拉杆拉紧后固定于端环上。绝缘盒中部和端头位置各用一道绑绳绑扎；绝缘绑环、端环及内护板与线棒间垫有适形毡。由此，将端部绕组固定成牢固的整体，并实现线棒鼻端径向和切向的可靠固定；同时，端部绕组整体及鼻端固有频率可靠地躲开了基频和倍频范围。

1.2 定子线棒水电接头结构

发电机定子线棒由28根实心股线和14根空心股线编织组成，股线分布排列成2列，每列实心股线和空心股线按照2∶1的结构布置。在线棒两端设置的水盒接头构成了线棒鼻端的水电连接结构，水盒接头由镀银铜浇筑成型，上端为水接头、下端为电接头；线棒的空、实心股线经中频感应钎焊在水盒内，定冷水由空心股线流出，在水电接头内蓄积后由水接头及引水管流出；上下层线棒电接头由中频钎焊连接。

2 发电机存在漏水问题

2.1 漏水问题的发现

2020年，机组运行期间转子一点接地告警信号频发，最低对地电阻为2 kΩ、转子最低电压为15 V，因转子接地保护为一点接地发告警且自动投入两点接地功能，两点接地时跳闸，因此机组运行中未跳闸。机组运行期间，密封油中含水量合格，油水报警器未发现漏水现象，氢气湿度合格且未发现明显上升趋势，补氢量未发现明显变化；因漏氢检测器故障，未监测到定冷水箱漏氢情况。所以，线棒漏水的问题未能在机组运行期间及时发现。

机组检修期间，检修人员发现发电机上下端盖之间、汽侧内护板上、转子通风孔处、转子护环外侧进风口及定子端部绕组正下方有水珠或水流痕迹；检查转子绝缘，对地绝缘为零。对定子绕组进行水压试验，在额定水压下汽侧第46槽上层线棒水电接头根部渗水，凿开线棒绝缘盒及主绝缘后水电接头根部位置向外呲水。同时发现端部绕组鼻端位置360°圆周方向均有大量黄粉，绝缘盒之间的楔块处堆积有黄泥，楔块与绝缘盒之间明显存在缝隙。进一步检查，共发现汽侧17根、励侧3根楔块和绝缘拉杆松动磨损，拉杆磨损最严重处磨下去近2/3。

2.2 漏水原因分析

a）端部松动，电磁力产生的振动导致水电接头焊缝出现裂纹。发电机运行期间，定子绕组端部线棒在端部漏磁通作用下产生100 Hz的交变电磁力，该力的大小与分支电流、漏磁通成正比，主要为切向和径向方向。由于水电接头位置是同相绕组不同匝、同匝绕组不同位置线棒的接头，因此同一绝缘盒处上下2根线棒电流方向总是相反，所承受的径向和切向电磁力也总是相反的。不同的是，径向力在旋转磁场的影响下，内外层线棒在不同区域内周期性地相互吸引或排斥，有时上层所受电磁力向外扩张而下层所受电磁力向内压缩，2个线棒之间是相互靠近的关系，挤压加剧；有时上层所受电磁力向内压缩而下层向外扩张，2个线棒之间的关系互相远离。而上下层线棒各个时刻所受的切向力方向基本相反，即上下层存在静摩擦[1-2]。

端部固定结构方面，与现代大型发电机端部固定压板或整体锥形环、无磁性金属螺栓及适形材料结构不同的是，该型发电机鼻端位置通过楔块和环氧树脂绝缘拉杆与端环固定，固定结构的强度、柔韧度及耐磨性均不足，绝缘楔块极易在周期性变化的径向电磁力和静摩擦切向电磁力的作用下发生磨损。楔块一旦出现磨损迹象，磨损面积会迅速扩大，从而诱发端部绕组整体松动。

端部绕组在电磁力的作用下，一方面由于端部固定结构的缺陷，导致端部绕组固定出现松动，端部线棒水电接头在电磁力产生振动作用的影响下，焊缝因金属疲劳而产生裂缝。另一方面，随着电网容量的不断增大，发电机进相运行工况日益增多，端部绕组受到漏电磁场的影响增大，加速了这一过程的发生。

b）定冷水长期冲刷及水质超标，导致水电接头钎焊因冲刷和腐蚀减薄。在故障线棒抬出后，检修人员对线棒水电接头进行了横向切割解剖。从切割出的水电接头可以看出，空心股线之间的钎焊区域凹凸不平，近一半面积的钎焊区域因冲刷和腐蚀下凹近2 mm，部分因焊接工艺不良留下的气泡和未焊满的区域被暴露出来。另外，由于早期定冷水水质控制工艺不良，水质对金属的腐蚀也在一定程度上加速了焊接区域的减薄。

c）水电接头结构不合理，制造和焊接工艺不良。本发电机水电接头采用空心股线和实心股线均焊接在水盒内的结构，且该机组进行过整机线棒国产化改造。该水电接头的空、实心导线长短不一，与水电接头并头套插接部位端面不平行，钎焊过程中部分区域温度达不到钎焊所需的温度，导致焊料溶解不充分、不饱满，出现空焊、气泡等现象，在漏水问题上形成叠加效应。

由于发电机端部振动、水盒钎焊冲刷减薄及制造阶段焊接缺陷多种因素的叠加，最终造成水电接头钎焊失去密封性而发生漏水。

2.3 故障的处置

a）更换故障线棒。经现场分析讨论，本次不再对漏水线棒并头套进行补焊，而是采用整根线棒更换的方式进行处置，现场更换第46槽上层线棒1根。线棒更换严格按照《大型发电机定子绕组现场更换处理试验规程》（DL/T 2011—2019）要求，进行了发电机定子绕组直阻、绝缘、直流耐压及泄漏、交流耐压、手包绝缘表面电位及水压等试验，试验均符合《电力设备交接和预防性试验规程》（Q/HBW 14701—2008）、《汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定》（JB/T 6228—2014）要求。

b）更换端部固定件。由于绝缘盒之间的楔块和绝缘拉杆存在不同程度的磨损，采取整体更换的方式进行处置，共更换60根绝缘拉杆和楔块。为进一步检验端部固定结构件更换后端部绕组的固有频率及紧固情况，完成了发电机端部绕组模态试验，试验数据均合格。即汽端端部，频率61.25 Hz，阻尼比3.8%，椭圆振型；励端端部，频率71.25 Hz，阻尼比4.5%，椭圆振型；鼻部各个线棒响应比最大为0.04（m/s2）/N，远低于≥0.44（m/s2）/N的要求。。

c）对发电机转子进行烘烤。由于线棒漏出的定冷水进入了转子风道及端部，造成转子绝缘降至0 MΩ，为防止诱发两点接地或转子绕组匝间短路事故，对发电机转子进行了热风烘烤，直至绝缘合格。

3 意见和建议

为防范修后发电机定子绕组再次发生故障，同时结合漏水缺陷的发现处置过程评定，本文提出以下意见和建议。

a）严格按照《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中10.1条款，在发电机再次停运时对端部绕组固定情况进行检查，防范再次出现大面积松动，诱发短路事故。

b）进一步完善和优化发电机定冷水水质控制，严格按照《大型发电机内冷却水质及系统技术要求（DL/T 801—2010）》的要求，控制pH值、电导率及铜离子含量使其合格。同时，择机使用内窥镜对发电机水电接头进行抽检，重点检查钎焊的冲刷腐蚀情况和空心股线的堵塞情况。

c）发电机转子一点接地后，极易发生两点接地故障，造成转子本体灼伤，新版规程已对转子一点接地保护整定原则进行了修改。应严格按照《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》（DL/T 684—2012）要求，一点接地高值告警、低值跳闸。同时，修订运行规程，加入转子匝间短路现象的判断及处置原则，进行技术判断和处置转子匝间短路故障，防范事故扩大。