陳宇翔

(阿壩水電開發(fā)有限公司，四川 黑水，623500)

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色爾古水電站定子線圈匝間短路事故分析

陳宇翔

(阿壩水電開發(fā)有限公司，四川 黑水，623500)

色爾古電站在施工過程中，由于相關(guān)單位未嚴(yán)格按規(guī)范實施，造成1F機組定子線圈匝間短路事故，后經(jīng)各方努力終于修復(fù)并投產(chǎn)，但教訓(xùn)深刻。本文對機電安裝工程建設(shè)中，如何有效避免類似事故的發(fā)生有一定借鑒意義。

色爾古電站 定子線圈 匝間短路 事故分析

1 工程概況

色爾古水電站位于阿壩州黑水縣境內(nèi)的黑水河干流上，電站以單一發(fā)電為目的，具有日調(diào)節(jié)能力，裝有三臺混流式水輪發(fā)電機組，設(shè)計水頭93m，引用流量213m3/s，年利用小時數(shù)為4300h。機組型號為水輪機組HLA722C-LT-300，發(fā)電機組SF50-24/6050?？傃b機容量3×50MW，發(fā)電機出口端電壓13.8kV，1F機/1B主變?yōu)閱卧泳€，2F/3F機與2B主變?yōu)閿U大單元接線，屬四川電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)統(tǒng)分電站，調(diào)度命名為雅都水電站。電站上網(wǎng)路徑：色爾古水電站——220kV都柳線——柳坪電站220kV母線——220kV柳茂線——茂縣500kV變電站并入四川省電網(wǎng)。

2 事故經(jīng)過

2009年6月8號，1F機組首次啟動，6月10號，按照啟委會修改后批準(zhǔn)的《啟動試運行程序大綱》，完成1F機組短路升流試驗后，即進(jìn)行機組零起升壓試驗。第一次升壓至25%Ue，此時安裝單位試驗人員檢查電壓回路，發(fā)現(xiàn)B相無壓，分析估計是機端電壓較低，互感器測量誤差所致。后繼續(xù)升壓至50%Ue時，發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)傳來一聲悶響，后機組發(fā)電機差動保護(hù)動作、事故停機，風(fēng)洞內(nèi)竄出濃煙。

根據(jù)事故發(fā)生部位，安裝人員拆除發(fā)電機上擋風(fēng)板，在1F機組+Y方向上，發(fā)現(xiàn)上端部線圈有明顯的短路痕跡，20個線圈表面熏黑并有碳化現(xiàn)象。1F機組發(fā)電機保護(hù)屏保護(hù)裝置報文顯示：6月10日21時29分25秒062毫秒，定子接地保護(hù)報警、發(fā)電機機端產(chǎn)生零序電壓；21時30分30秒548毫秒，B、C相發(fā)生相間短路，差動保護(hù)動作。

3 事故分析

3.1 導(dǎo)致事故發(fā)生的故障點是線圈匝間絕緣損壞

根據(jù)制造廠技術(shù)人員及監(jiān)造工程師的敘述，由于色爾古水電站發(fā)電機組定子繞組設(shè)計采用圈式線棒，故每根線棒出廠前均要進(jìn)行匝間絕緣試驗，其方法是對線圈施加一高頻波，在線圈層間感應(yīng)電壓達(dá)39kV，儀器檢測此電壓波型是否發(fā)生畸變，如波型正常，視為線圈匝間絕緣合格。

6月13號，在業(yè)主集控中心會議室召開的事故分析處理會上，制造廠技術(shù)人員提到現(xiàn)場下線完畢后，B相直流電阻超標(biāo)，說明線圈有“內(nèi)傷”，分析可能是制作線圈線棒用的銅線有接頭虛焊或線棒下線施工過程損壞。如果真是這樣，按照啟動試運行程序大綱，在作機組短路升流試驗時，有可能在短路電流逐步上升過程中(定子單相額定電流為2461A)，此接頭虛焊處將嚴(yán)重發(fā)熱，損壞自身并殃及周圍絕緣。接下來的試驗為零起遞步升壓試驗，分別為25%Ue、50%Ue、75%Ue、100%Ue、130%Ue，當(dāng)升壓至25%Ue時，由于匝間絕緣已損壞、已經(jīng)發(fā)生匝間短路，間歇性短路電弧進(jìn)一步將線圈自身絕緣損壞，并殃及周圍其他絕緣。此時B相無壓，試驗人員判斷可能是機端電壓較低，互感器測量誤差所致，并繼續(xù)升壓至50%Ue，C相靠近B相故障處絕緣損壞，因而擴大為B、C相短路。后在B相線圈事故發(fā)生部位(+Y方向)，一線圈二R之間的線圈斜段表面部位，發(fā)現(xiàn)一橢圓型電弧凹坑，尺寸30mm×40mm×15mm(長、寬、深)，這就是引發(fā)事故的禍根。因為在進(jìn)行零起遞步升壓前，線圈主絕緣對地、相間、吸收比均滿足規(guī)范要求，排除了主絕緣擊穿、引發(fā)事故的可能，因此事故根源只能是來自線圈內(nèi)部。從發(fā)生事故的現(xiàn)象分析、判斷，B相該線棒匝間短路就是禍根，而有20根線圈被燒毀、碳化，是因為事故進(jìn)一步擴大而造成的后果。

3.2 發(fā)現(xiàn)線圈有虛焊，但與線圈絕緣擊穿沒有關(guān)聯(lián)

6月30號，1F發(fā)電機組定子重新下線修復(fù)完畢，重作定子交接驗收試驗，其直流電阻雖然相對事故發(fā)生前有所降低，但仍然超標(biāo)。后將每個支路與匯流排開路，最后在定子-X方向上端部查找到了虛焊點，經(jīng)施工人員重新焊接處理，重測直流阻值(偏差1%)，滿足規(guī)范要求(不大于2%)。

此次的虛焊點與定子絕緣擊穿沒有任何關(guān)聯(lián)，如有關(guān)聯(lián)，那么在排查是否還存在有損壞線圈、零起升壓時，將又會發(fā)生新的事故，但并沒有發(fā)生異常。

必須嚴(yán)肅指出，定子線圈虛焊屬重大隱患，在今后機組投入運行、額定負(fù)荷工況的情況下，定子線圈虛焊部位將嚴(yán)重發(fā)熱，極有可能發(fā)生重大事故，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

3.3 下線完畢后測試直阻仍然超標(biāo)，表明B相線圈確實有兩處虛焊

事故發(fā)生前，《定子試驗記錄》顯示，定子線圈B相直阻超標(biāo)。事故發(fā)生后，重新下線修復(fù)完畢，重測直阻，仍然超標(biāo)，但相對于事故發(fā)生前有所降低。這是由于在事故發(fā)生前，B相有兩個部位存在線圈接頭虛焊，而定子線圈一相有6個支路，每相相當(dāng)于6支電阻并聯(lián)，則B相相當(dāng)于只有4支電阻并聯(lián)，其總阻值必然大于其余兩相。線圈修復(fù)后，B相直阻仍然超標(biāo)，但相對于事故發(fā)生前有所降低，后查出在-X方向仍有虛焊點，修復(fù)后，重測直阻，滿足規(guī)范要求。這反過來證明事故發(fā)生前，B相線圈確實存在兩處虛焊點，為B相+Y方向引發(fā)事故的那一點和后來發(fā)現(xiàn)的-X方向那一點。

3.4 出廠前和現(xiàn)場下線前均未發(fā)現(xiàn)線圈虛焊的原因

線圈有虛焊，為什么在出廠前未發(fā)現(xiàn)？09年4月13號，3F機組有36支線圈損壞、返廠修復(fù)，修復(fù)后廠家出具了《四川黑水河色爾古電站定子線圈返廠修復(fù)檢查記錄》，其修復(fù)記錄沒有直阻測試項目，經(jīng)與監(jiān)造工程師電話核實，其修復(fù)記錄與新線圈正常出廠記錄相同，這說明線圈出廠前不測試直流電阻，自然就不能發(fā)現(xiàn)虛焊缺陷。

那現(xiàn)場下線前為什么又沒發(fā)現(xiàn)此缺陷呢？現(xiàn)場下線前，試驗人員用萬用表對線圈作導(dǎo)通試驗，但此試驗只能定性、不能定量，自然也不能發(fā)現(xiàn)此缺陷。

4 事故責(zé)任認(rèn)定

在制造廠，作線圈的匝間絕緣試驗，只能判斷絕緣是否有缺陷，但不能判斷是否有虛焊；在現(xiàn)場下線完畢后，可以通過直流電阻測試，判斷線圈銅線接頭焊接是否合格。安裝單位進(jìn)行了此項試驗，《定子試驗記錄》證明B相直流電阻偏大、超標(biāo)(達(dá)4.3%，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的不大于2%)，《定子試驗記錄》也未作出“可以投入使用”的結(jié)論。非常遺憾的是，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師簽字、安裝單位繼續(xù)進(jìn)行了下道工序，導(dǎo)致此隱患最終釀成重大事故。

4.1 線圈匝間接頭虛焊缺陷，屬制造缺陷

事故根源是制造工藝缺陷，因為發(fā)生匝間短路點部分是制造廠已完善的絕緣包扎，不屬現(xiàn)場施工內(nèi)容。如果是安裝單位現(xiàn)場下線操作不當(dāng)損壞，則損壞的情況只能是在現(xiàn)場下線過程中，從外向內(nèi)撞擊或者是擠壓、扭曲線圈所致，那么外部主絕緣將招致嚴(yán)重?fù)p壞，在實施線圈交、直流耐壓試驗過程中，主絕緣將被擊穿、試驗無法通過，但事實上是交直流耐壓試驗合格。由此證明，此缺陷排除了安裝單位損壞的可能性，屬制造缺陷。

4.2 廠家現(xiàn)場代表負(fù)有一定責(zé)任

由于色爾古電站定子線圈為圈式線圈，其尺寸屬目前國內(nèi)最大，考慮到在現(xiàn)場下線，制造廠專門派出專業(yè)人員現(xiàn)場指導(dǎo)下線工作，其目的就是質(zhì)量把關(guān)。所以，廠家現(xiàn)場代表對于事故負(fù)有一定責(zé)任。

4.3 安裝單位發(fā)現(xiàn)缺陷，既不處理，也不暴露，負(fù)主要責(zé)任

08年9月10日，安裝單位試驗人員在作1F機定子試驗時，發(fā)現(xiàn)B相線圈直流電阻超標(biāo)，安裝人員未查找原因，也不暴露、也不向業(yè)主反應(yīng)，讓此隱患遺留到機組零起升壓試驗時才暴露。作為一支專業(yè)安裝單位的承包商，不講質(zhì)量、不按規(guī)范安裝，應(yīng)該負(fù)有主要責(zé)任。

4.4 試驗人員責(zé)任心不強，導(dǎo)致事故擴大，負(fù)有一定責(zé)任

試驗人員在實施零起升壓時，發(fā)現(xiàn)B相無壓、機組保護(hù)發(fā)出“B相接地故障”的報警后，從B相定子接地到B、C相發(fā)生相間短路，有1分05秒486毫秒的時長，但試驗人員未作出反應(yīng)、查找原因，未引起重視，還繼續(xù)升壓，以至于事故進(jìn)一步擴大，也負(fù)有一定責(zé)任。

4.5 監(jiān)理工程師瀆職，為安裝單位的不合格工序開綠燈，負(fù)有一定責(zé)任

在安裝單位提交的《定子試驗記錄》2、定子繞組直阻的測試一欄未作出“可以投入使用”的情況下，監(jiān)理工程師非但未嚴(yán)格要求安裝單位查找原因，還居然簽字，為不合格工序開綠燈，使得安裝單位沒有查明原因并返工處理，也為繼續(xù)進(jìn)行下道工序有了“口實”。監(jiān)理工程師的做法，是對不講質(zhì)量、不按規(guī)范安裝行為的縱容，屬嚴(yán)重瀆職，也負(fù)有一定責(zé)任。

5 應(yīng)吸取的教訓(xùn)和防范措施

5.1 制造廠應(yīng)加強駐現(xiàn)場代表的管理。根據(jù)合同，廠家代表對安裝人員有技術(shù)指導(dǎo)、質(zhì)量監(jiān)督的義務(wù)，有將質(zhì)量情況通報各方的責(zé)任。因此，制造廠必須加強對駐現(xiàn)場代表的管理，認(rèn)真履行合同義務(wù)和責(zé)任。

5.2 施工單位須建立、健全質(zhì)量管理體系。6.10事故暴露出施工單位管理體系不健全，造成工序不合格仍進(jìn)入下道工序。因此，施工單位必須健全質(zhì)量管理體系，嚴(yán)格按照ISO9000質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)運行。

5.3 監(jiān)理單位必須加強監(jiān)理人員的管理。根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)，監(jiān)理單位是質(zhì)量監(jiān)管的主體，6.10事故暴露出監(jiān)理單位對安裝單位、制造廠監(jiān)管不嚴(yán)，甚至失職。因此，監(jiān)理單位必須遵守法律法規(guī)，堅強內(nèi)部管理，嚴(yán)格按規(guī)范行使合同義務(wù)和責(zé)任。

5.4 業(yè)主單位必須加強員工的責(zé)任心教育。業(yè)主個別現(xiàn)場協(xié)調(diào)工程師責(zé)任心不強，未主動發(fā)揮業(yè)主的主導(dǎo)地位和作用，既不監(jiān)管、也不匯報。因此業(yè)主必須加強員工的責(zé)任心教育、工程主體意識教育。

5.5 防范措施。定子下線完畢后，嚴(yán)格按照電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)《GB50150-2006》《GB/T8564-2003》執(zhí)行，各項試驗通過后，嚴(yán)格按照啟委會批準(zhǔn)的《色爾古電站機組啟動試運行程序大綱》執(zhí)行；每完成一項內(nèi)容，各方簽字，再進(jìn)行下一步工作。

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