發(fā)電機定子線棒絕緣擊穿原因分析及處理對策

鄭偉

摘 要：發(fā)電機定子主要由鐵芯、線圈和機座組成，定子線棒絕緣擊穿將會對發(fā)電機正常運行產(chǎn)生直接影響，因此必須要在發(fā)現(xiàn)問題后及時分析問題原因，并采取針對性的處理措施，使發(fā)電機盡快恢復運行。本文以某水電站3號水輪發(fā)電機為例，首先對故障的查找方法、引發(fā)定子線棒絕緣擊穿的原因進行了概述，隨后分別從修復線棒、拉緊螺桿、清理鐵芯等方面，就故障定子的處理對策展開了簡單分析。

關鍵詞：發(fā)電機定子；絕緣擊穿；故障原因；處理對策

中圖分類號：TM31 文獻標志碼：A

1 發(fā)電機機組概況

某水電站裝機容量為860MW，年設計發(fā)電量為2.27TWh，共有4臺密閉自循環(huán)空氣冷卻的半傘式凸極水輪發(fā)電機，設備型號為SF180-60-12800，額定功率180MW。發(fā)電機定子繞組采用雙層條形波繞組，定子槽數(shù)540，極數(shù)2P=60，每極每相槽數(shù)為3，支路數(shù)為3Y，繞組節(jié)距1-9-19，鐵心內(nèi)徑1230mm，鐵心長度1850mm。定子繞組為F級桐馬環(huán)氧粉云母多膠帶主絕緣，全模壓一次成形。定子線棒端頭采用連接板銀焊結構，端部絕緣結構為絕緣盒封口后灌注膠填充。定子繞組分9個分支，共1080根線棒。

2 發(fā)電機定子線棒絕緣擊穿分析

2.1 故障點的判斷

發(fā)電機發(fā)生故障時，未在機坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)異常響動或冒煙情況，據(jù)此初步判定為發(fā)電機內(nèi)部小范圍故障。關停發(fā)電機后，由于上機架沒有拆除，轉(zhuǎn)子仍然留在機坑，需要現(xiàn)場技術人員做好安全防護工作。制定初步的故障檢查方案后，技術人員先進入風洞，主要檢查定子繞組的上下端，線棒兩端均沒有發(fā)現(xiàn)故障問題。此時可以確定故障源在槽內(nèi)。技術人員撤出后，拆解上機架，利用起吊設備將轉(zhuǎn)子調(diào)出，技術人員對繞組的U相、W相、V相進行絕緣電阻測量，測量結果為：U相、W相以及V相的1、2支路絕緣合格，而V相3支路絕緣電阻為0。

綜合上述檢測結果，決定使用“直流降壓法”和“直流高壓間隙放電法”依次來判斷故障源的位置。第一步，借助于直流電阻測試儀，測試儀兩個接線端分別連接定子繞組的V相3分支和中性點V相3分支，測量對地電阻。此時直流電阻測試儀的檔位旋轉(zhuǎn)到“10A”檔，觀察測試結果定子繞組V相3分支接地電阻144.3MΩ，中性點V相3分支接地電阻72.5MΩ。綜合測量結果和定子線棒的接線方式，將故障點鎖定在40、44、45、46、47槽槽內(nèi)，且為金屬性接地故障。然后在這5個槽內(nèi)繼續(xù)使用“直流高壓間隙放電法”進行檢測。選擇80kV交直流耐壓裝置對V相3支路繞路進行加直流實驗，分別觀察40、44-47槽的放電情況。發(fā)現(xiàn)46槽有明顯的放電聲音。對46槽進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)槽后下端槽線絕緣破損，由此確定故障源。

2.2 定子線棒絕緣擊穿原因分析

在明確了故障點后，結合發(fā)電機運行情況，認為引發(fā)該故障的原因主要有以下幾個方面：

（1）定子沖片松動。該發(fā)電機鐵芯壓緊方式選擇的是后端拉緊螺桿壓緊定位。隨著發(fā)電機工作時間的延長，由于發(fā)電機本身振動、材料老化等因素的影響，壓在定子沖片上的金屬零件逐漸松動，可能會導致線棒絕緣擊穿。

（2）水電站日常運行影響。為了滿足區(qū)域供電要求，該水電站機組頻繁啟停，且從啟動到滿荷載運行的時間間隔較短，一般在3min～6min。為了盡快達到額定運行功率，定子鐵芯的溫度急劇升高，久而久之容易造成定子鐵芯受熱膨脹變形。

（3）鐵芯壓緊方式不合理，該發(fā)電機定子采用“先分壓再總壓”的壓緊方式，由于分段壓緊中各個分段的壓力不一致，可能會導致鐵芯沖片溢出、整體彎曲的問題，也是引發(fā)定子線棒絕緣擊穿的重要原因。

（4）機組設計不合理，該發(fā)電機鐵芯長度和定子內(nèi)徑之比為1.5∶4.2，幾何形狀較為細長。這就導致電機運行過程中產(chǎn)生熱量的傳導路徑過長，溫度不能及時散發(fā)出去。隨著熱量在線棒上的不斷積累，線棒溫度也會逐漸升高，尤其是在線棒兩側(cè)的槽口段，其溫度往往會超過絕緣橡膠的正常工作溫度，進而加速了絕緣體的老化速度，出現(xiàn)絕緣擊穿問題。

（5）運行維護不到位，該發(fā)電機自投入運行以來，尚未進行運行工況檢查，而由于機組頻繁啟停、橡膠受熱老化等問題的影響，定子線棒實際上已經(jīng)出現(xiàn)了比較嚴重的質(zhì)量隱患。由于日常運行維護工作不到位，這些隱患沒有被及時發(fā)現(xiàn)、解決，逐漸累計最終引發(fā)了嚴重的絕緣損壞、擊穿。

3 定子線棒絕緣擊穿的處理對策

3.1 松動處理

將定子線棒拆開，將線棒和槽間老化的橡膠清理干凈，然后更換新的絕緣材料。將定子線棒重新安裝好之后，用手輕微晃動，如果仍然存在線棒松動問題，可以向線棒間隙出注射流體狀態(tài)的半導體硅橡膠。注射后保持定子原來位置，幾分鐘后橡膠固化后松開，可以避免線棒松動。該方法同樣適用于定子沖片松動的處理，同時技術人員記錄處理時間，以便于后期日常維護時進行重點管理。

3.2 發(fā)電機油污、粉塵的清理

受工作環(huán)境的影響，發(fā)電機在運行一段時間后，內(nèi)部的定子、轉(zhuǎn)子上不可避免會沾染一些粉塵、油污，既影響了發(fā)電機運行效率，而且也容易引發(fā)絕緣擊穿。尤其是在高溫、高濕環(huán)境下，油污、粉塵進入到發(fā)電機內(nèi)部，具有較強的導電性，容易引發(fā)短路或絕緣擊穿。因此，要制定定期清理計劃，使用高壓噴槍，選擇合適的清洗劑，先通過噴槍將表層的一些油污、粉塵處理掉，然后使用干凈的抹布擦拭。定子線棒在干凈的環(huán)境下工作，使用壽命也會延長。

3.3 定子噴漆

定子噴漆的原理是通過外界防護層的形式，提高定子線棒絕緣能力。可以選擇聚酯材料作為噴漆原材料，根據(jù)定子工作情況決定是局部噴漆還是全部噴漆。噴漆完成后讓線棒表面的油漆自然晾干，然后再開機運行。定子噴漆只是一種延緩絕緣擊穿的方法，對于那些已經(jīng)形成絕緣擊穿的定子線棒，還是需要通過更換、其他修復手段來處理。

3.4 開展修復后的鐵損實驗

完成上述一系列的處理措施后，還要進行必要的檢查工作，以全面、客觀地評估定子線棒是否正常運行。鐵損實驗包括多項檢測內(nèi)容，包括鐵芯升溫檢測、絕緣電氣檢測等等。對于線棒來說，如果受損較輕，可以現(xiàn)場修復；如果絕緣擊穿后受損嚴重，則應當及時報請有關部門，直接用新的定子線棒進行替換。現(xiàn)場實驗人員要記錄好鐵損實驗前后各項參數(shù)的變化情況，以便于更加明確地對照定子線棒處理效果。

4 關于發(fā)電機定子線棒故障處理的一些建議

（1）定子線棒絕緣擊穿是水輪發(fā)電機運行中較為常見的故障，為了不影響發(fā)電機正常工作，要求在發(fā)現(xiàn)故障后立即進行故障源的查找。今后應當加快信息化檢測技術的應用比例，提高檢測效率和故障判定精度，將定子線棒絕緣擊穿造成的損失降到最低。

（2）可以在定子繞組上安裝監(jiān)控系統(tǒng)，利用傳感器獲取定子運行的各項參數(shù)。同時，將這些參數(shù)同步到計算機管理中心，對比數(shù)據(jù)庫中的標準參數(shù)。一旦檢測到定子實時運行參數(shù)異常，立即啟動應急措施，確保了發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。

（3）制定嚴格的檢修機制，根據(jù)發(fā)電機電腐蝕情況、運行時間等，確定檢查維護周期。并要求檢修人員做好記錄，尤其要重點關注線棒是否松動、組合軸承油污甩油問題以及線棒絕緣材料的老化程度等。

參考文獻

[1]張致鵬，馬景浩，劉麗軍，等.水輪發(fā)電機定子線棒絕緣擊穿原因分析及處理[C].水力發(fā)電技術國際會議，2016.

[2]孫國華，李曉紅.大電機主絕緣老化缺陷的聲學檢測系統(tǒng)設計及定子線棒老化性能研究[J].哈爾濱理工大學學報，2016（7）：164-165.

[3]劉紅文，王科，馬儀，等.發(fā)電機定子線棒主絕緣老化規(guī)律與擊穿電壓預測研究[J].高壓電器，2015（3）：131-133.