摘要：該文針對白石窯水電廠燈泡式貫流機組定子端部破裂故障的原因做了全面的分析，并提出了改善運行條件的措施。

    1 概況

　　白石窯水電廠位于北江干流英德市望埠鎮境內，是北江干流梯級開發的第二級，為日調節電廠，裝有四臺燈泡貫流機組，機組采用擴大單元接線。單機容量18MW，設計水頭9.37m，額定轉速88.2r/min，定子直徑5.8m，繞組為波型繞組，357槽，導線為MYSRE-1雙玻璃絲包聚酰亞胺扁銅線繞成，F級絕緣。定子端部為高阻半導體玻璃絲帶包扎，導入絕緣盒，注入環氧樹脂進行熱固化處理成型。四臺機組分別于1997年4、11月、1998年8月、1999年2月相繼并網投入運行。投產幾年后，四臺發電機定子端部絕緣盒發生了不同程度的破裂，還發生過兩次線棒絕緣擊穿短路事故。

    2 定子端部破裂情況

　　1號水輪發電機縱差、橫差和轉子一點接地保護動作，機組突然甩負荷，出線真空開關、滅磁開關、勵磁開關相繼跳閘，值班員下燈泡頭觀察，發現煙霧很大。試驗人員搖測定子絕緣電阻為零，進入轉子室檢查發現上游側下端部有一處絕緣擊穿。經過對線棒燒傷痕跡和絕緣表面氧化物徹底打磨干凈，用棉布蘸酒精進行清理，重新包上高阻半導體玻璃絲帶，套上新的絕緣盒，并在絕緣盒朝上開一個大孔，以方便灌注環氧樹脂，朝里端開口用膩子仔細封堵嚴，以防膠體流出，然后從上端開孔處慢慢注入環氧樹脂。處理后測得絕緣電阻為4.17MΩ,吸收比1.8。 

　　4號水輪發電機開機并網后，負荷增至18MW時，出現發電機差動信號繼電器動作，4號機電氣事故停機，后經相關技術人員試驗檢查發現4號機上游側定子線圈端部有兩個絕緣盒明顯擊穿，并按上述方法作了同樣處理。

　　發生過兩次類似事故，開始意識到問題的嚴重性，遂組織技術人員對四臺發電機定了端部絕緣盒進行全面檢查，檢查發現1、4號機定子端部絕緣盒有95%已破裂，2、3號機定子端部絕緣盒有50%已破裂，還發現3號機有兩根槽楔已掉落，4號機轉子絕緣線夾的螺絲掉出，刮傷了定子絕緣層。

    3 破裂原因分析

　　白石窯水電廠發電機定子端部絕緣盒運行了四、五年就發生了嚴重的破裂現象，經分析主要有以下幾種原因：

　　(1)定子存在先天性缺陷。繞組端部絕緣制造工藝質量是造成定子端部短路故障的根本原因。燈泡貫流機組的定子室與燈泡頭和管形座距離較短，繞組成型較差，線棒之間空隙小，所以綁扎環氧粉云母帶和玻璃絲帶時不好操作，端部與綁環間不服帖、綁扎松弛，成為端部絕緣弱點；采用的絕緣盒質量欠佳，表面凹陷，導入線棒端部時需橇開口用錘子敲進去，中間填充環氧樹脂不均勻，內部產生貫穿性氣泡，端部固定整體性差。為縮短工期，進行強行風干后易出現縫隙或分層，又未進行第二次澆注，成為端部絕緣的另一絕緣弱點。白石窯水電廠因其庫容小，在清遠地區擔負著日調峰作用，當發電機頻繁開停機時，引起機組振動、沖擊，及操作過電壓，強大的電動力造成繞組振動導致綁繩開斷，溫度升高使其膨脹，從而使絕緣盒破裂。1號機發生的定子絕緣擊穿事故原因是該機定子端部絕緣存在缺陷，端部絕緣為瀝青云母帶包扎，絕緣整體性差，模壓絕緣與手包絕緣搭接不良，絕緣盒填充不滿；此外，燈泡頭內的受油器經常漏油和主軸密封漏水，流進定、轉子室內。在絕緣薄弱或缺陷處，由于定、轉子室空氣濕度較大，導致絕緣破壞，發生對地（外殼）放電擊穿。

　　(2)運行條件、環境的影響。機組在不良環境條件下運行會加速定子主絕緣的老化。燈泡式貫流機組是整座機組安裝在離上游水面下20多m處，開機時發電機內外溫差較大，定子內部空氣濕度大，發電機內部容易結露，停機后使發電機定、轉子受潮（冬天更為嚴重），從而降低了定、轉子的絕緣強度。再開機時會使定子線棒接頭產生局部過熱現象，線棒絕緣盒容易破裂。燈泡式貫流機組內部結構較為緊湊，發電機距上游的燈泡頭和下游的管形座只隔一塊鐵板，受油器、軸承座經常因振動造成油管破裂、軸承磨損而漏油或噴油，主軸密封有時漏水過大，油和水通過隔板進入發電機，在密閉式水循環風冷卻風機和轉動的發電機轉子的作用下，油和水形成油水霧氣，機內濕度增加，絕緣受潮，絕緣電阻大幅度下降，容易引起端部絕緣擊穿事故。

　　(3)高次諧波的影響。由于白石窯水電廠的庫容小，參與地區電網日調峰填谷，機組負荷經常受限制，為少棄水量多發電，提高電廠的經濟效益，引進外資辦廠消耗多余電量，其中引進的三家煉鋼廠開爐時產生的高次諧波對機組造成了一定的危害。給定子鐵心、線棒和磁極造成了附加損耗，引起鐵心、線棒和磁極發熱增加，這些高次諧波主要有3、5、7、9、11、13、15次諧波。高次諧波還會引起機組振動加劇甚至引起共振。由附加損耗引起的發熱和振動，造成線棒與絕緣盒之間的填充料加速老化和松動，最終產生電暈腐蝕現象。 

　　綜上所述，先天性絕緣缺陷是導致定子繞組短路故障的根本原因，端部固定不牢、空氣濕度過大、漏油、振動等缺陷，是誘發和擴大端部損壞程度引發短路事故的重要原因。

    4 改善措施

　　根據燈泡貫流機組的特點，為了提高定子線棒的絕緣強度及最大限度地延長機組使用壽命，保證機組的安全穩定運行，我廠采用以下措施改善機組的運行條件和運行環境。

　　(1)消除定子線棒端部絕緣的薄弱環節。每次大修時用洗滌劑清洗干凈定子線棒上的油污、油垢，防止油污、油垢形成閃絡小橋。對已擊穿的線棒，將端頭清理干凈，按絕緣工藝進行處理。

　　(2)提高檢修和運行管理水平。在安裝和大修中按規定標準調整密封瓦、水封和汽封的間隙，防止運行中密封瓦向機內進油、進水或油中進水。擋油板、擋油蓋在安裝時要仔細調整，接口應對齊，限制受油器漏油而流入風機口吹進機內。操作油和潤滑油必須確保干凈，無水分和雜質。值班人員要加強設備巡視，及時發現問題并及時處理。

　　(3)治理高次諧波，在近區供電的10kV及35kV輸電線路的母線上加裝阻波器，防止有害諧波侵入變壓器和發電機。

　　(4)推廣應用在線監測和診斷技術，實現對機組定子繞組絕緣監測、端部振動監測、機內過熱監測與診斷、發電機進油、進水監測，保證發電機安全可靠運行。