二灘水電站發(fā)電機(jī)定子繞組引線軟連接主絕緣開裂分析與處理

劉祖高，姜少斌

(二灘水力發(fā)電廠，四川攀枝花 617000)

1 概述

二灘水電站位于雅礱江下游，是我國20世紀(jì)末期建成的最大的水電站，共安裝6臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量550MW，總裝機(jī)容量3300MW。發(fā)電機(jī)定子額定電壓為18kV，額定電流為19629．9A，定子繞組采用三相六分支Y形聯(lián)接，繞組采用疊繞組結(jié)構(gòu)。二灘水電站發(fā)電機(jī)定子引出線與匯流環(huán)之間采用軟銅辮連接過渡，軟連接采用硅橡膠自粘帶繞包絕緣。

2 發(fā)電機(jī)定子繞組引線軟連接主絕緣開裂情況及原因分析

2．1 開裂情況

2013年，在二灘水電站#3發(fā)電機(jī)檢修時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)部分定子繞組引線軟連接外包絕緣出現(xiàn)凹陷。為進(jìn)一步確定軟連接絕緣是否正常，避免定子繞組引線在運(yùn)行過程中發(fā)生絕緣擊穿，對懷疑內(nèi)部絕緣破裂的引線進(jìn)行了解剖，解剖后發(fā)現(xiàn)硅橡膠主絕緣幾乎沿長度方向全部開裂，亦有部分絕緣層沿其它方向局部開裂，開裂情況如圖1所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在2013年度機(jī)組檢修過程中共發(fā)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組的定子繞組引線軟連接主絕緣出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，其中#1發(fā)電機(jī)3處，#2發(fā)電機(jī)6處，#3發(fā)電機(jī)4處，#4發(fā)電機(jī)2處。

2．2 原因分析

首先，二灘水電站發(fā)電機(jī)組自投入運(yùn)行以來已接近15a，發(fā)電機(jī)定子繞組引線軟連接主絕緣所使用的硅橡膠自粘帶在高溫、震動(dòng)、強(qiáng)磁場的復(fù)雜工況下長期運(yùn)行，主絕緣運(yùn)行壽命已接近極限，硅橡膠自粘帶絕緣老化是引起主絕緣材料開裂的主要原因。

圖1 #3發(fā)電機(jī)定子繞組引線軟連接主絕緣開裂圖

圖2 發(fā)電機(jī)定子繞組引線軟連接與銅棒搭接示意圖

其次，定子線棒安裝時(shí)，硅橡膠自粘帶繞包軟銅辮時(shí)拉伸比例過大(規(guī)定拉伸比例為1∶2)，導(dǎo)致硅橡膠帶的彈性接近自身極限。當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，硅橡膠自粘帶受熱膨脹，導(dǎo)致硅橡膠主絕緣破裂。因此可以確定，定子繞組軟連接手包絕緣施工工藝不當(dāng)也是引起定子繞組主絕緣材料開裂的重要原因之一。

另外，由于軟連接過渡部分自身形狀不規(guī)則，導(dǎo)致軟連接過渡部分電場、磁場分布不均勻，受熱不均勻，外加繞包工藝不良，加速了硅橡膠自粘帶化學(xué)性能和機(jī)械性能的老化，進(jìn)而導(dǎo)致主絕緣材料開裂。

3 發(fā)電機(jī)定子繞組引線軟連接主絕緣開裂處理工藝

3．1 拆除軟連接原主絕緣

(1)拆除軟連接主絕緣最外層的玻璃纖維帶。注意:拆除玻璃纖維帶時(shí)不得損傷銅棒絕緣。

(2)拆除軟連接硅橡膠自粘帶主絕緣。

(3)檢查主絕緣內(nèi)層即銅辮上繞包的玻璃纖維帶是否完好，如果已損壞，需將其清理干凈。注意:清理玻璃纖維帶時(shí)需防止損傷軟連接銅辮。

3．2 手包軟連接主絕緣

(1)用丙酮將軟連接及其兩側(cè)的銅棒引線清理干凈，銅棒引線清理長度距軟連接搭接處不少于75mm。

(2)用烘干的無堿玻璃纖維帶將軟連接半疊繞繞包1層進(jìn)行固定、整形。玻璃纖維帶繞包過程中需平行展開，無起皺、斷裂，包扎應(yīng)緊實(shí)無松動(dòng)。

(3)在玻璃纖維帶上用硅橡膠自粘帶(型號:QY6351-05)半疊繞繞包不少于11層。繞包過程中，為了使軟連接拐角處過渡平緩，可先將適量的硅橡膠自粘帶折疊成塊，襯墊于軟連接拐角處，然后再繞包。避免由于自粘帶受力不規(guī)則而加劇了主絕緣的破損。工藝方面，要求新舊絕緣搭接平滑，無突變，搭接長度大于75mm。

(4)在硅橡膠自粘帶表面半疊繞繞包1層烘干的無堿玻璃纖維帶，完成之后，在玻璃纖維帶表面均勻、光滑地涂抹1層羅納星68粘接膠。

3．3 定子繞組試驗(yàn)

在定子繞組引線軟連接手包主絕緣完成后，為檢驗(yàn)處理結(jié)果是否滿足發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的工況要求，在處理工藝結(jié)束24h后，應(yīng)對定子繞組進(jìn)行以下試驗(yàn)。

(1)測量定子繞組絕緣電阻(加壓前)。標(biāo)準(zhǔn)為:發(fā)電機(jī)三相絕緣電阻的差值不應(yīng)大于最小值的100%，且絕緣電阻值不低于歷年正常值的1/3，吸收比不應(yīng)小于1．6，極化指數(shù)不應(yīng)小于2。

(2)發(fā)電機(jī)定子繞組引線軟連接新手包絕緣局部泄漏試驗(yàn)。在定子繞組軟連接新手包絕緣表面用鋁箔膠帶包裹，鋁箔引出線經(jīng)100MΩ電阻串接微安表接地，同時(shí)，在鋁箔膠帶引出線處接靜電電壓表一塊，測試其表面電位。將定子繞組加壓至18kV，對定子繞組引線軟連接新手包絕緣進(jìn)行泄漏測試。標(biāo)準(zhǔn)為:在規(guī)定的試驗(yàn)電壓下，處理后的繞組局部泄漏電流不應(yīng)大于20μA，100 MΩ電阻上的壓降不大于2000V。

(3)定子繞組直流泄漏及耐壓試驗(yàn)。對發(fā)電機(jī)三相繞組施加直流電壓。每級9kV，加壓到36 kV時(shí)保持1min。記錄每個(gè)階段的泄漏電流數(shù)值。標(biāo)準(zhǔn)為:在規(guī)定的試驗(yàn)電壓下，各相泄漏電流的差別不應(yīng)大于最小值的100%;最大泄漏電流在20 μA以下者，相間差值與歷次試驗(yàn)結(jié)果比較不應(yīng)有顯著的變化;泄漏電流不隨時(shí)間的延長而增大。

(4)測量定子繞組絕緣電阻(加壓后)。標(biāo)準(zhǔn)同(1)。

經(jīng)對發(fā)電機(jī)定子繞組軟連接新手包絕緣進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)后得知:各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)合格，處理效果良好。

4 結(jié)語

二灘水電站發(fā)電機(jī)組經(jīng)過10多a的運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)各部分的絕緣均出現(xiàn)了不同程度的老化現(xiàn)象，特別是定子繞組引線軟連接絕緣破裂尤為突出，不但現(xiàn)象普遍，而且故障嚴(yán)重，對機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了嚴(yán)峻地考驗(yàn)。通過新手包絕緣并進(jìn)行試驗(yàn)的方法處理后，效果明顯，確保了發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。