1.概况
佛山水电站是位于四川庐山县境内的大川河梯级（五级规划）中的第一级，为引水式小型水电站，装机容量2×11MW。选用重庆水轮机厂SF11-10/2860型立式水轮发电机组。试验单位于2006年5月8日开始进行发电机的现场电气试验。
上午9时开始先对1号机定子整体进行交、直流耐压试验项目，在交流耐压试验中出现了定子绕组C相闪络，经过处理在后续的试验项目中又发生了定子绕组A相放电击穿，产生永久接地。
2.试验过程分析
发电机定子绕组试验主要是定子线棒的绝缘强度的试验，根据《电气设备交接试验标准》GB50150-91规定发电机定子绕组试验项目分内容包括测量定子绕组的绝缘电阻和吸收比、测量定子绕组的直流电阻、定子绕组直流耐压试验和泄漏电流测量、定子绕组交流耐压试验。
2.1绝缘电阻和吸收比测量
表1绝缘电阻测试数据
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相别
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A-B、C及地
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B -A、C及地
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C-B、 A及地
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测量（MΩ)
15s/60s
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120/250
|
150/250
|
120/250
|
从试验单位提交的绝缘电阻测试数据（表1）可以得出A-B、C及地的吸收比R（60s）/ R（15s）=2.08, B -A、C及地吸收比为1.67，C-B、A及地吸收比为2.08，虽然吸收比大于设备预防性试验规程ＤＬ／Ｔ５９６－１９９６所规定的吸收比应大于１．３的要求，但仍不能说明定子绕组绝缘良好，根据电站所处环境条件、发电机到场已久的状况及测试数据，可以初步判定发电机已经受潮。必须对发电机进行干燥处理后再继续后续试验。考虑到绝缘等级及绝缘材料的极限工作温度，一般要求烘干温度设定在５０℃～６０℃为佳，烘干时间保证48小时。试验单位实际的干燥温度只有30℃左右，虽然持续加温干燥时间较长，但测试数据表明仍未达到设备厂家对定子绕组绝缘电阻达到500 MΩ以上的技术要求。在没有继续进一步干燥处理，即绝缘电阻不满足要求的情况下，试验单位开始了后续的测试项目，这是导致事故发生的诱因之一。
2.2直流耐压和泄漏电流试验
与测量绝缘电阻相比，泄漏电流和直流耐压试验能更有效地发现定子绕组的贯穿性缺陷及绕组端部的局部缺陷。
表2 直流耐压及泄漏电流测试数据(μA)
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相别
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0.5Ue
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1.0Ue
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1.5Ue
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2.0Ue
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2.5Ue
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3.0Ue
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15s
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60s
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15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
|
A
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4.3
|
2.5
|
6.2
|
4.3
|
9.6
|
7.5
|
15
|
10
|
19
|
15
|
28
|
26
|
|
B
|
4.2
|
2.1
|
6.6
|
4.1
|
9.0
|
6.6
|
13
|
9
|
19
|
15
|
26
|
22
|
|
C
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4.0
|
2.0
|
9.0
|
7.0
|
11.2
|
9.0
|
16
|
14
|
19.8
|
18.2
|
37.6
|
36.3
|
根据《电气设备交接试验标准》GB50150-91规定试验电压取发电机额定电压的3倍，从试验测试数据看，试验电压按每级0.5倍额定电压分阶段升高，每阶段停留1min，在1.0Ue试验电压下A、B、C相的泄漏电流分别为4.3μA、4.1μA、7.0μA，C、B相相差2.9μA，C相为B相的1.71倍；2.0Ue试验电压下A、B、C相的泄漏电流分别为10μA、9μA、14μA，C、B相相差5μA，C相为B相的1.56倍；3.0Ue试验电压下A、B、C相的泄漏电流分别为26μA、22μA、36.3μA，C、B相相差14.3μA，C相为B相的1.65倍。按国标《电气设备交接试验标准》GB50150-91规定（发电机定子绕组）各相泄漏电流的差别不应大于最小值的50%。并且在试验电压低时泄漏电流是平衡的，当电压升至1.0Ue、2.0Ue和3.0Ue时C相泄漏电流突然增大，泄漏电流最大值与最小值差别分别为70.7％、55.6％、和65％，这表明，C相绕组有贯穿性缺陷，端部绝缘有断裂现象或端部表面脏污出现沿面放电，也有可能是端部或槽口防晕层断裂处放电，绝缘中气隙放电所致。
试验单位认为在此试验中无其他异常现象，没有仔细分析试验数据和查找其原因并消除隐患就进行交流耐压试验项目，这是导致最终事故的又一个直接原因。
2.3交流流耐压试验
交流耐压试验时，试验单位采用电压的试验标准为2Ue+3KV即24KV，试验从C相开始，电压均匀加至24KV并持续了25秒钟，在槽内层上端部线棒出现放电闪络，试验设备保护动作，试验终止。查看故障点后发现放电闪络处线棒表层有3～4cm线状裂纹，在对此部位用酒精清洗并进行环氧修补后，对C相绕组施加电流200A，经过5小时加温，冷却2小时后于晚9时再次对三相绕组分别进行了直流泄漏试验。
2.3.1直流泄漏电流试验2
表3 直流泄漏电流测试数据(μA)
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相别
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0.5Ue
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1.0Ue
|
1.5Ue
|
2.0Ue
|
2.5Ue
|
3.0Ue
|
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
|
A
|
5.3
|
3.2
|
8.4
|
6.3
|
12.4
|
9.5
|
17.8
|
14.2
|
24.2
|
19.2
|
33.5
|
29.6
|
|
B
|
4.4
|
3.0
|
7.2
|
5.3
|
10.4
|
8.0
|
16.5
|
12.9
|
23
|
19.5
|
25.9
|
21.3
|
|
C
|
3.6
|
2.4
|
6.5
|
4.9
|
17.2
|
15.6
|
48
|
50.4
|
233
|
245↑
|
|
|
此次试验C相泄漏电流（表3直流泄漏电流测试数据所示）上升幅度更大，且明确发现上层线棒端部转弯处有两个闪络点，停止试验并进行环氧修补、200A电流加温干燥至10号晚8时停止加温，冷却后于晚10时重复C相直流泄漏电流测试，测试数据如表4所示。
表4 直流泄漏电流测试数据(μA)
|
相别
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0.5Ue
|
1.0Ue
|
1.5Ue
|
2.0Ue
|
2.5Ue
|
3.0Ue
|
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
15s
|
60s
|
|
C
|
4.1
|
3.3
|
10.7
|
9.5
|
23.5
|
21.8
|
43.6
|
39.4
|
71.6
|
67.1
|
148.3
|
145.3
|
表4的测试数据表明，C相泄漏电流值持续偏大，在最高压试验过程中又有一细小闪络点。表明C相绕组的贯穿性缺陷仍旧没有消除，并有继续扩大趋势。
2.3.2交流耐压试验2
在对上述闪络点简单修补后，试验单位再次进行了交流耐压试验，中途A相绕组又发生放电击穿，并产生永久接地。故障后定子绕组的绝缘电阻如表5所示。
表5 定子绕组绝缘电阻测试数据(MΩ)
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相别
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A
|
B
|
C
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单相－地
|
0
|
250
|
250
|
|
相间及地
|
0
|
250
|
250
|
|
相间
|
250
|
250
|
250
|
从交流耐压试验过程一开始试验单位就犯了一个低级的错误，国标《水轮发电机组安装技术规范》GB/T 8564-2003明确规定，对于整体到货的定子，定子绕组的交流耐压试验电压应为出厂试验电压的0.8倍，为出厂试验电压2Ue+3KV的0.8倍，即19.2KV，而试验单位的交流耐压试验电压标准是采用发电机出厂值的100％即24KV来进行，严重违背了国标《水轮发电机组安装技术规范》GB/T 8564-2003的规定。同时由于工频交流耐压试验，电压频率、波形和定子绕组内部的电压分布与运行工况一致，因此能有效发现绝缘缺陷，但该试验会扩大固体有机绝缘存在的弱点，使绝缘强度逐渐衰减，造成绝缘内部劣化的积累效应，也就是说工频交流耐压试验是一种破坏性试验，应严格按照国标要求控制试验电压标准和试验，试验电压越高，发现绝缘缺陷的可能性就越高，同时定子绕组被击穿的可能性也就越大，积累效应也越严重。
可以看出，试验单位违反国标关于定子交流耐压试验电压标准要求，是本次佛山水电站1号机定子绕组绝缘击穿的最根本原因。
3.事故原因总结
从本次佛山水电站1号发电机定子击穿事故可以总结以下几点：
3.1没有对发电机绝缘测试数据进行深入分析和有效的处理措施，发电机干燥温度偏低，干燥时间不够，发电机绝缘电阻达不到要求即进入定子直流耐压和泄漏电流试验。
3.2发电机定子直流耐压和泄漏电流试验测试数据表明C相定子绕组有贯穿性缺陷，没有对其原因进行细致查找并消除隐患。
3.3发电机定子交流耐压试验违反国标《水轮发电机组安装技术规范》GB/T 8564-2003关于试验电压的规定。导致定子绕组最终击穿。
4.事故处理措施
事故发生后，由于时间紧迫，设备生产厂家即派技术人员赴现场进行处理。首先对先前槽内层上端部发生放电闪络、击穿的线棒位置进行确认，将发生放电闪络、表层有3～4cm线状裂纹的线棒及被击穿的线棒直接进行了更换处理，随后对发电机进行温度在５０℃～６０℃左右的48小时烘干处理，以彻底消除由于受潮所致的发电机绝缘不良的问题。最后在厂家试验人员配合下，按照国标《水轮发电机组安装技术规范》GB/T 8564-2003相关试验规定，对佛山水电站的1、2号机进行电气试验，两台机的绝缘电阻和吸收比、直流耐压及泄漏电流、交流耐压试验均顺利通过，测试数据和试验结果均合格。目前，佛山水电站已顺利投产正常运行。
5.发电机定子绕组整体试验
定子绕组整体试验包括直流电阻测试、直流耐压及泄漏电流试验、定子绕组交流耐压试验等项目。
5.1定子线圈直流电阻测试
5.1.1试验目的
发电机定子绕组中有大量接头，这些接头在发电机运行中要受到各种机械震动和发热的影响，若接头质量不好，经一定时间运行后就会使接头开焊，因此，必须对各相绕组及每一分支进行直流电阻测试，校验绕组焊接处的状态和了解绕组有无匝间短路。
5.1.2试验标准
发电机定子绕组的直流电阻值一般很小，因此一般采用电桥法测量其绝缘电阻。排除汇流排的影响每相绕组的电阻值与以前所测数值之间差值不应大于2％，而相间的电阻值与以前所测数值之间的差数不应大于5％，当所测数值不符合上述要求时，应通直流于绕组，检查绕组端部焊接处。
5.2定子绕组直流耐压及泄漏电流试验
5.2.1试验目的
由于测量绝缘电阻时，在被测物上所加电压还不高，这时绝缘的某些缺陷不一定能暴露出来，而用比较高的直流电压加在被测物上，并同时用一只微安表测量其泄漏电流，以进一步检验被测物的绝缘性能是否良好。
5.2.2试验标准
采用硅堆整流法测量，试验前，应将被测发电机各相放电1～2min，直流耐压试验电压取3Un，一般分六段进行，即0.5 Un、1.0Un、1.5Un、2.0Un 、2.5Un、3.0Un，每段停留1min。耐压试验前应进行绝缘电阻、吸收比测试，通过测试可以检定线棒的受潮程度，判断相间绝缘及对地绝缘是否存在贯穿性的局部绝缘缺陷。绝缘电阻达不到要求，查明原因处理过后方可进行耐压试验。
5.2.3试验原理图
5.3定子绕组交流耐压试验
5.3.1试验目的
交流耐压试验是对被测物施加高于运行中可能碰到的过电压数值的交流电压，以进一步检查被测物绝缘的耐压水平，交流耐压试验能更有效地发现被测物的局部缺陷，但却是一项破坏性试验，所以，一定要进行绝缘电阻和吸收比的测量，直流泄漏电流试验后，证明绝缘良好，再进行交流耐压试验。
5.3.2试验标准
根据国标《水轮发电机组安装技术规范》GB/T 8564-2003，对于整体到货的定子，定子绕组的交流耐压试验电压应为出厂试验电压的0.8倍，试验时间为一分钟，试验必须分相进行，作某一相试验时，其余两相应接地。试验升压速度一般可按从1/3试验电压至试验电压历时10～15s为宜，降压时也相同操作，不得用冲击电压，即电压升到试验电压后再突然加在被测物上，或试验结束后在满压情况下突然拉开开关。
交流耐压试验的原理接线如图2所示。
发电机在交流耐压过程中无闪络、放电、击穿等情况，即为交流耐压试验通过。
6.结语
本次事故的发生，是近年来一起典型的因人为因素导致的安全事故，不仅影响了业主佛山水电站的正常投运，也直接造成了部分经济损失。同时暴露出某些试验技术人员严格遵守行业国家技术标准的意识淡薄，违反国家标准开展工作，带来的后果将是严重的。事故虽然发生在佛山这样的小电站，但暴露出来的问题和教训却是极为深刻的，这次事故给我们的教训是：对发电机定子的电气试验及其他各项内容的电气试验和相关设备的任何工作，都不能有一丁点马虎，一定要严格按照国标《电气设备交接试验标准》（GB50150-91）、《水轮发电机组安装技术规范》GB/T 8564-2003、《电力设备预防性试验规程》DL/T 596-1996等一系列规程、规范要求进行，杜绝因人为因素留下各类隐患或引发事故。
参考文献：
[1]《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB 50150-91 水利电力出版社
[2] 《电力设备预防性试验规程》DL/T 596-1996 水利电力出版社
[3]《水轮发电机组安装技术规范》GB/T 8564-2003.
[4]程钢.龙燕.杨海平.《小型水电站及其运行和维护》,重庆：重庆大学出版社，2000
作者简介：
李宏刚（1979-），男，汉族，大学本科，助理工程师，现从事小型水电站电气工程的规划、施工设计工作。
