閆迎，郝劍波

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

水電廠發(fā)電機(jī)定子線棒端部絕緣盒缺陷分析處理

Analysis and treatment of insulation cells defects of stator terminals for hydraulic generators

閆迎，郝劍波

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

針對(duì)湖南省內(nèi)水電廠發(fā)電機(jī)定子端部絕緣盒缺陷頻發(fā)的現(xiàn)狀，推薦一種利用表面電位檢查線棒端部絕緣的方法，并對(duì)引發(fā)絕緣盒缺陷的原因進(jìn)行介紹，給出缺陷處理方法。

絕緣盒；端部缺陷；分析處理

絕緣盒作為水電廠發(fā)電機(jī)定子繞組鼻端接頭部位最重要的絕緣結(jié)構(gòu)，在機(jī)組帶電后起著防電暈、電腐蝕及瞬態(tài)短路的作用〔1〕。近年來(lái)湖南省內(nèi)水電廠在機(jī)組檢修過(guò)程中連續(xù)發(fā)現(xiàn)多起發(fā)電機(jī)端部絕緣盒缺陷故障，這些缺陷雖未造成機(jī)組運(yùn)行事故，但已威脅機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。因此評(píng)估絕緣盒的絕緣狀態(tài)，了解缺陷產(chǎn)生原因，選擇最佳處理手段，對(duì)避免類似問(wèn)題的發(fā)生，顯得尤為重要。

1 缺陷類型

2011年以來(lái)湖南省內(nèi)出現(xiàn)的多起水電廠發(fā)電機(jī)端部絕緣盒缺陷，按照類型劃分，主要分為3種:

1)絕緣盒內(nèi)填充物外溢。絕緣盒端口處的封口膩?zhàn)哟蠖即嬖谝欢ǔ潭鹊能浕?，盒?nèi)的絕緣膠等填充物自盒口溢出，堆積于盒子邊沿等處，對(duì)絕緣盒表面造成侵蝕。

2)絕緣盒表面開(kāi)裂。絕緣盒表面出現(xiàn)大量裂紋，裂紋長(zhǎng)度和深度各異，嚴(yán)重者裂紋貫穿整個(gè)盒子表面，甚至透入盒內(nèi)絕緣膠體，外部灰漬、潮氣等雜質(zhì)穿過(guò)裂紋進(jìn)入盒子內(nèi)部。

3)絕緣盒內(nèi)部空鼓。絕緣盒內(nèi)部絕緣膠體的填充量明顯不足，局部部位少膠或者無(wú)膠，輕敲盒子表面常伴有空洞的回聲。

2 缺陷診斷

長(zhǎng)期以來(lái)，湖南各水電廠對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣盒的檢查主要采用外觀檢查方式，輔以清灰除塵等簡(jiǎn)單工作，只能發(fā)現(xiàn)一些明顯故障，而對(duì)于盒內(nèi)填充物變質(zhì)或量少等隱患問(wèn)題效果甚微，電廠也缺乏相應(yīng)的技術(shù)診斷方法。

基于發(fā)電機(jī)定子繞組端部絕緣結(jié)構(gòu)的特殊性，常規(guī)的定子繞組交、直流耐壓等試驗(yàn)方法在進(jìn)行端部絕緣檢查時(shí)具有一定的局限性，因此這里推薦采用絕緣盒表面電位法〔2〕。

絕緣盒表面電位法利用定子三相繞組同時(shí)施加額定直流電壓后絕緣盒表面的電位高低來(lái)判斷定子端部接頭部位的絕緣性能。試驗(yàn)前端部各絕緣盒用厚度約為0.01 mm的錫箔紙包裹。具體測(cè)量原理如圖1所示。

圖1 絕緣盒表面電位測(cè)量原理圖

在表面電位法應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)有2種結(jié)果:

1)絕緣盒表面電位較低，一般不超過(guò)1 000 V，這類絕緣盒可判斷絕緣無(wú)缺陷。

2)絕緣盒表面電位較高，一般不低于1 000 V。若盒子表面存在裂縫，裂縫處還常伴有放電或電暈。這類絕緣盒存在嚴(yán)重缺陷，已無(wú)法滿足正常應(yīng)用。具體缺陷特征還需根據(jù)盒內(nèi)填充物的厚度、飽滿度、氣泡數(shù)量等多方面因素綜合考慮。

3 缺陷原因分析

3.1 制造質(zhì)量問(wèn)題

當(dāng)絕緣盒在制造上采用較差的材料或者不合格的生產(chǎn)工藝，在定子線棒端部劇烈振動(dòng)、盒內(nèi)填充物受熱膨脹、外部應(yīng)力作用等因素影響下，盒子極易破碎或開(kāi)裂〔3〕。這類絕緣盒大多采用絕緣粉末加補(bǔ)強(qiáng)材料壓塑而成，盒面呈蜂窩狀，抗老化能力較差，電絕緣強(qiáng)度和硬度較低。

3.2 安裝工藝或施工工序不合理

目前國(guó)內(nèi)各發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家和國(guó)家規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)定子線棒端部絕緣盒的安裝工藝和質(zhì)量控制點(diǎn)都有嚴(yán)格規(guī)定〔4〕，如:

1)組成盒內(nèi)填充物的各材料成分的性能和配比關(guān)系要符合廠家設(shè)計(jì)規(guī)程，避免各成分之間反應(yīng)不充分導(dǎo)致填充物無(wú)法固化。

2)絕緣盒安裝前要對(duì)線棒鼻端接頭進(jìn)行打磨，消除各種毛刺和尖端放電，同時(shí)測(cè)量各接頭回路電阻，確定接頭無(wú)脫焊、松焊等隱患。

3)盒內(nèi)填充物在澆灌過(guò)程中要排盡盒內(nèi)空氣，確保澆灌飽滿，盒內(nèi)無(wú)貫穿性氣孔和裂紋。

4)盒內(nèi)填充物盡可能采用分段澆灌，每次澆灌前要確認(rèn)盒內(nèi)填充物已干燥凝固。全部澆灌結(jié)束后填充物若有收縮下沉，要及時(shí)補(bǔ)灌。

部分水電廠發(fā)電機(jī)端部絕緣盒流膠、盒內(nèi)局部少膠、填充物貫穿或內(nèi)含氣泡等癥狀都反應(yīng)出絕緣盒在安裝期間施工工藝存在問(wèn)題，這也成為發(fā)電機(jī)絕緣盒故障的首要原因。

3.3 發(fā)電機(jī)定子繞組上下層線棒接頭錯(cuò)位嚴(yán)重

水輪發(fā)電機(jī)定子線棒在嵌線時(shí)端部錯(cuò)位允許程度有明確限制，最大不準(zhǔn)超過(guò)5 mm。當(dāng)錯(cuò)位較為嚴(yán)重時(shí)，端部接頭與絕緣盒前、后、左、右間隙無(wú)法調(diào)節(jié)均勻，導(dǎo)致盒內(nèi)填充物厚度不均，尤其在間隙較小部位填充物厚度不足或無(wú)填充物，在振動(dòng)擠壓、冷熱變化等因素影響下這些部位最易損壞或開(kāi)裂而喪失絕緣性能。

3.4 機(jī)組運(yùn)行環(huán)境的影響

發(fā)電機(jī)機(jī)坑內(nèi)空氣濕度一般比較大，溫度波動(dòng)比較明顯，機(jī)組軸承密封等位置常伴有漏油或甩油故障，油水混合成為霧氣附著在定子端部，加快端部絕緣老化和損壞速度。

4 缺陷處理及維護(hù)建議

為提高定子線棒的絕緣強(qiáng)度，最大限度地延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，根據(jù)水電機(jī)組的絕緣特點(diǎn)，對(duì)缺陷絕緣盒的處理提出2種解決方案〔5〕。

1)方案1:對(duì)流膠、空鼓、放電等缺陷類絕緣盒淘舊換新，對(duì)無(wú)缺陷者不做處理。

該種方案工序簡(jiǎn)單，耗時(shí)較短，但對(duì)于未做任何處理絕緣盒，無(wú)法排除線棒端部絕緣在后續(xù)運(yùn)行中繼續(xù)劣化的可能。當(dāng)定子端部只有少數(shù)絕緣盒存在異常時(shí)，可采用該種處理方案，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)端部的定期檢查，掌握絕緣盒狀態(tài)情況。

2)方案2:將線棒端部所有絕緣盒全部更換。

該方案對(duì)所有端部絕緣盒進(jìn)行更換，相應(yīng)的處理流程復(fù)雜，工序多，耗時(shí)長(zhǎng)，但當(dāng)端部絕緣缺陷屬于因設(shè)計(jì)制造等原因造成的家族性缺陷時(shí)，該方案尤其適用。

另外，在絕緣盒更換檢修過(guò)程中要注意把控工藝質(zhì)量，尤其是在填充物配制和灌注等環(huán)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)人員的技術(shù)水平、工作經(jīng)驗(yàn)等差距較大，人為原因造成的誤差概率比較高，現(xiàn)場(chǎng)工藝難以控制。因此，盡量避免因外在因素對(duì)定子絕緣性能所造成的影響，必要時(shí)精簡(jiǎn)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝。

對(duì)于尚未開(kāi)展缺陷治理的故障機(jī)組，要建立完善的事故預(yù)防措施，加強(qiáng)對(duì)機(jī)組的日常管理與監(jiān)護(hù)，確保各類電氣保護(hù)正確投入，定期對(duì)空氣冷卻系統(tǒng)進(jìn)行清潔，杜絕各類軸承漏油或管路漏水故障，保證線棒端部清潔和干燥。同時(shí)推廣應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組定子繞組絕緣監(jiān)測(cè)、端部振動(dòng)監(jiān)測(cè)、發(fā)電機(jī)漏油漏水監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，保證發(fā)電機(jī)安全可靠運(yùn)行。

5 結(jié)論

因絕緣盒制造質(zhì)量、安裝工藝等多種原因造成的水電廠發(fā)電機(jī)定子端部絕緣缺陷，已嚴(yán)重危及到水電機(jī)組設(shè)備的安全運(yùn)行。因此建議電廠方面在機(jī)組檢修過(guò)程中通過(guò)開(kāi)展定子端部表面電位試驗(yàn)對(duì)端部絕緣進(jìn)行隱患排查，同時(shí)針對(duì)具體缺陷類型選擇合適的消缺方法，另外在處理過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)檢修方案和施工工藝的監(jiān)督和管理，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)檢修措施及運(yùn)行規(guī)程，使有缺陷的絕緣盒得到徹底的處理，從而保證設(shè)備的可靠運(yùn)行。

〔1〕謝志輝，梁智明，等.發(fā)電機(jī)定子并頭絕緣技術(shù)探討 〔J〕.東方電機(jī)，2013(4):4-6.

〔2〕林建坤.電位外移測(cè)量法在檢測(cè)定子繞組絕緣時(shí)的優(yōu)點(diǎn) 〔J〕.小水電，2010(6):25-27.

〔3〕安寶山，陶永亮.基于電絕緣性能要求絕緣盒材料的優(yōu)化選擇 〔J〕.工程塑料應(yīng)用，2012，40(9):79-82.

〔4〕中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 8564—2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范 〔S〕.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

〔5〕李效仁.水輪發(fā)電機(jī)定子端部絕緣問(wèn)題處理 〔J〕.水電站機(jī)電技術(shù)，2001(3):8-9.

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1008-0198(2015)05-0046-02

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.05.013

閆迎(1985)，男，工程師，主要從事高電壓試驗(yàn)和研究工作。

2015-02-05 改回日期:2015-04-10