核电主发电机定子绕组直流耐压试验异常分析及处理

0引言

电厂发电机定子绕组绝缘性能对电网稳定运行至关重要,直流耐压试验是检测其绝缘缺陷的重要手段,但受多种因素影响可能出现异常。本文针对某核电项目1号发电机试验时相间手包绝缘放电案例,剖析根源,提出并验证解决方案,为相关检测提供理论与实践指导,以提升行业技术与管理水平。

1 试验概述

某核电项目1号发电机安装调试阶段,依据标准GB50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》[1]对定子绕组开展直流耐压试验。该发电机额定电压27 kV,试验电压设定为DC81 kV,采用分阶段升压方式(每级0.5倍额定电压),试验环境湿度63.4%RH、温度29.4℃,符合要求[1]。

2024年7月6 日,对C相绕组试验时, 电压升至80.5 kV(2.98un),12点钟方向相间手包绝缘处发生放电(图1);7月11 日,A相绕组试验至72 kV(2.67un)时,1点钟方向相间手包绝缘出现放电(图2)。两次故障影响了试验进度,暴露出绝缘潜在问题。

2 故障原因分析

2.1 故障排查情况

2024年7月11日,A相绕组试验出现放电现象后,现场立即停止后续直流耐压工作。对励端相间手包绝缘进行2un直流反向耐压试验,试验时间为1 min。此方案旨在通过反向耐压试验,筛查出相对薄弱的手包绝缘部位,为后续修复工作提供依据。

2024年7月14—15日,按照此方案对励端相间手包绝缘72处、同相4处进行2un直流反向耐压筛查试验。试验结果显示,仅有30处手包绝缘通过了2un、1 min反向耐压筛查试验,46处未通过。这表明手包绝缘存在大面积的薄弱环节,需进行修复处理。

2024年7月15—23日,对46处未通过试验的手包绝缘进行清除工作。在清除过程中,因操作不慎损伤旁边1处绝缘水管,随即对其进行更换处理,最终共清除手包绝缘47处。

2.2 故障直接原因

2.2.1试验电压超出绝缘承受能力

试验过程中所施加的DC81 kV试验电压,超过了相邻相间手包绝缘的实际承受能力。该1号机组发电机为厂家首次设计与制造,在绝缘结构设计和工艺把控方面缺乏足够经验,导致相间手包绝缘的绝缘强度无法满足3倍额定电压的直流耐压试验要求。

2.2.2绝缘设计与制造缺陷

由于是首次生产,在绝缘材料选型、绝缘结构设计以及制造工艺等环节可能存在考虑不周全的情况。例如,对相间手包绝缘部位的电场分布计算不准确,未能充分预估在高电压下的绝缘性能变化,使得实际制造出的手包绝缘在面对试验电压时显得脆弱不堪。

2.3 故障根本原因

2.3.1手包绝缘存在工艺分散性问题

通过对击穿手包绝缘的解剖观察,发现工人在实际操作过程中存在严重的工艺分散性问题。

1)填充腻子问题:部分励端手包绝缘存在填充腻子搭接不良现象,填充量过大。过多的腻子不仅影响了云母带在手包绝缘根部的正常包扎,导致包扎不紧密,还使得新旧绝缘搭接处的接触不充分,从而降低了该部位的绝缘强度。 在高电压作用下,这些薄弱的搭接部位极易成为放电通道。

2)根部绝缘包扎缺陷:部分手包绝缘根部绝缘包扎不紧密,存在较多皱褶。皱褶的存在会在绝缘内部形成气隙,而气隙的介电常数远低于绝缘材料,在电场作用下,气隙内的电场强度会显著增强,当电场强度达到一定程度时,气隙就会发生局部放电,进而逐步破坏绝缘结构,降低绝缘性能。

3)环氧胶涂刷不均匀:包扎过程中涂刷的环氧胶不均匀,部分云母带或云母箔表面环氧胶量较少。环氧胶作为云母带或云母箔之间的粘接剂,其用量不足会导致云母带或云母箔之间的粘接整体性较差,无法形成一个均匀、连续的绝缘整体。在高电压作用下,这种粘接不牢的部位容易发生相对位移,进一步破坏绝缘结构,影响手包绝缘的电气强度。

2.3.2工艺规范与培训不足

从根本上讲,工艺分散性问题的产生与缺乏严格统一的工艺规范以及操作人员培训不到位密切相关Ô 在施工过程中,没有明确、详细的手包绝缘工艺标准,使得不同操作人员按照各自的理解和习惯进行施工,导致工艺质量参差不齐Ô同时,操作人员缺乏专业的绝缘工艺培训,对绝缘材料特性、施工要点以及质量控制关键环节认识不足,无法保证施工工艺的一致性和稳定性。

2.4 故障间接原因

2.4.1试验标准执行矛盾

定子直流耐压试验电压过高,高于厂家技术文件《××工程1 550 MW核能发电机安装说明书》的规定值(2.5un)。在试验前,现场虽然已经识别出厂家技术文件规定的定子直流耐压试验值与GB50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》[1]规定的值不一致,但仅通过现场口头沟通决定执行较高要求值(3un)。这种决策方式存在严重缺陷,未经过厂家内部深入讨论,也未形成正式的书面文件,导致在试验标准执行过程中缺乏严谨性和规范性,为试验故障埋下隐患。

2.4.2安装环境不利影响

励端手包绝缘处由于发电机励端特殊的结构布局,相间间距很小,给手包绝缘施工带来极大困难Ô操作人员在狭小的空间内难以施展,无法保证绝缘材料的包扎质量和工艺要求,容易出现包扎不紧密、腻子填充不均匀等问题,对最终的手包绝缘质量产生不利影响。

2.4.3人员管理与质量监督缺失

手包绝缘作业人员责任心不足,在施工过程中未严格按照绝缘工艺要求进行操作,存在敷衍了事的现象Ô同时,内部相互检查机制形同虚设,未能及时发现和纠正施工过程中的质量问题。此外,手包绝缘施工的中间工序未设置现场检查点,缺乏有效的质量监督手段,无法对施工全过程进行严格把控,使得质量问题在施工过程中不断积累,最终导致绝缘性能不达标。

3 故障手包绝缘返修

3.1 故障返修方案制定

2024年7月29日,决定采用2un进行相间手包绝缘反向耐压试验,以更精准地检测手包绝缘质量;同时,将直流耐压试验电压调整为按照最高2.5倍额定电压进行,在保证试验有效性的前提下,降低对绝缘的损伤风险。

3.2 故障返修实施过程

2024年7月31 日,依据新的处理工艺方案,编制了详细的手包绝缘现场工艺流转卡,并在施工现场显著位置张贴了手包绝缘工艺流程及检查要点,使每一位施工人员都能清晰了解施工要求和质量标准。随后,手包绝缘操作人员严格按照工艺方案开始进行手包绝缘返工处理。在施工过程中,实行严格的工序管理,每完成一道工序,都由操作人员进行相互检查,确保无质量问题后,再由专业质量检查人员进行专项检查。只有在两道检查都合格的情况下,方可进行下一道工序,从而实现了对施工全过程的质量控制。

2024年8月9日,经过一系列紧张有序的施工,完成了励端返工的手包绝缘工作。对手包绝缘部位实施现场围包、涂刷高阻漆以及烘干处理等工序,进一步提升了手包绝缘的电气性能和防护性能。

4故障手包绝缘返修后试验

4.1 试验项目与标准

为验证返修后手包绝缘的质量是否达标,要求按照相关标准和方案,依次开展了多项试验,主要包括2un反向耐压试验、2.5un定子直流耐压试验以及44 kv定子绕组交流耐压试验。这些试验从不同角度对绝缘性能进行全面检测,确保发电机能够安全稳定运行。

4.2 试验结果与分析

2024年8月9日,对返工后的手包绝缘部位进行2un反向耐压试验,结果显示全部合格。这表明通过返修处理,手包绝缘在反向电压下的绝缘性能得到了有效提升,薄弱环节已得到修复。

2024年8月10日,进行2.5un定子直流耐压试验,同样取得合格结果。该试验验证了在调整后的试验电压下,手包绝缘能够承受正常运行工况下可能出现的电压应力,绝缘性能满足设计要求。

2024年8月11 日,完成44 kv定子绕组交流耐压试验,试验结果合格。交流耐压试验更接近发电机实际运行时的电压状态,其合格结果进一步证明了返修后的手包绝缘质量可靠,能够保障发电机在实际运行中的绝缘安全。

5 建议措施

5.1 具体措施

5.1.1优化填充工艺

在进行手包绝缘施工时,聚氨酯树脂填充胶的填充应确保密实,不得有空隙。在填充过程中,可采用专用的填充工具和设备,严格控制填充量和填充速度,保证填充均匀。同时,在填充完成后,应对填充部位进行检查,如有空隙及时进行补填,确保绝缘结构的完整性。

5.1.2规范搭接处理

在进行手包绝缘施工前,必须对新旧搭接部位进行彻底清理,清除出厂前已有的红瓷漆以及毛刺等杂质,使其表面平滑。在进行手包绝缘围包时,要精确控制新旧搭接位置,确保无孔隙,且搭接宽度足够。可通过制定详细的搭接工艺标准和操作规范,对搭接长度、角度等参数进行明确规定,避免因新旧部位绝缘不足而引发绝缘故障。

5.1.3改进环氧胶涂刷工艺

云母带或云母箔层间及表面应均匀涂抹室温固化环氧胶,保证涂刷均匀,不得遗漏。在涂刷过程中,可采用专用的涂刷工具,如毛刷、辊刷等,并控制涂刷力度和速度,确保环氧胶均匀覆盖。同时,要严格控制云母带或云母箔的围包层数和围包长度,使其满足方案要求。对于相间距离较近处,应适当增加云母带或云母箔的围包层数,加强手包绝缘强度,提高绝缘性能。

5.2 管理措施

5.2.1完善工艺管理体系

手包绝缘施工应编制特定的现场实施方案,方案内容应涵盖施工工艺、质量标准、安全措施等各个方面。在施工过程中,严格按照方案执行施工工艺,细化现场手包绝缘工艺质量计划工序,将整个施工过程分解为多个具体的工序,明确每个工序的操作要求、质量控制要点和验收标准。加强手包绝缘施工的过程质量控制,对关键工序设置验收签字放行环节,只有在关键工序验收合格后,方可进入下一道工序,确保施工质量可控。

5.2.2强化工序时间管理

保证各工序间的固化时间满足相关方案要求。固化时间是影响绝缘性能的重要因素之一,过短的固化时间会导致绝缘材料性能无法充分发挥,过长则会影响施工进度。因此,应根据绝缘材料特性和施工环境条件,合理确定固化时间,并在施工过程中严格执行。同时,建立固化时间记录和监督机制,确保每道工序的固化时间符合要求。

5.2.3加强质量过程监督力量

安排专职质量检查人员全程参与施工过程,加强质量过程监督。这些质量监督人员应具备丰富的手包绝缘施工经验和专业知识,能够及时发现施工过程中的质量问题,并提出有效的解决方案。同时,建立质量监督反馈机制,将质量检查结果及时反馈给施工人员和管理人员,以便及时采取纠正措施,确保施工质量始终处于良好状态。

6 结束语

对某核电项 目1号发电机直流耐压试验放电问题展开分析后,明确试验电压过高、手包绝缘工艺缺陷及管理不到位是关键原因。通过制定实施手包绝缘返修方案、优化工艺并加强质量管控,成功解决绝缘问题。返修后试验显示,手包绝缘性能达标,为同类核电主发电机相关试验及绝缘施工积累了经验,有助于规范试验流程、加强工艺管理、提升行业技术与质量管理水平,保障设备可靠运行及电力系统稳定发展。

[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—2016[5].

《机电信息》2025年第21期第18篇