國網(wǎng)湖南省電力有限公司水電分公司 譚海霞

發(fā)電機(jī)定子線棒不可避免的與定子鐵芯槽壁之間存在間隙，如定子線棒的槽電位較高，易導(dǎo)致線棒表面與鐵芯間產(chǎn)生電容性火花放電。這種高能量的放電將破壞定子線棒端部的防暈層，引起線棒發(fā)熱和絕緣材料的電腐蝕，進(jìn)而加速絕緣老化，嚴(yán)重影響線棒的絕緣強(qiáng)度和使用壽命，甚至對(duì)定子繞組的主絕緣造成危害，使定子線棒燒損，發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致發(fā)電機(jī)非停的重大安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。

1 問題提出及原因分析

某水電站2號(hào)發(fā)電機(jī)生產(chǎn)于1987年1月、于1990年10月正式投運(yùn)。在2020年5月至7月期間，該水電站2號(hào)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行A 級(jí)檢修，試驗(yàn)人員在開展定子線棒槽電位的試驗(yàn)時(shí)，對(duì)全部216槽進(jìn)行逐一測量，發(fā)現(xiàn)第2、3、4、6、7、12等共計(jì)30槽的線棒表面電位超過Q/GDW 11150-2019《水電站電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求（施加額定交流相電壓，用高內(nèi)阻電壓表測量繞組表面對(duì)地的電位值，測得連續(xù)各點(diǎn)電壓的差別不大于5V，單個(gè)點(diǎn)電壓在10V 以下），均大于10V，最高電壓達(dá)到53.8V。

1.1 定子線棒的表面電阻率分布不均

通過觀察退下來的槽楔發(fā)現(xiàn)，有一半以上的線棒單從表面顏色來看就有明顯的區(qū)別。這些線棒的顏色大致從中間分段，一半為灰色、一半較黑且亮，一般情況下灰色部分的半導(dǎo)體性能明顯，黑色部分因?yàn)橹圃鞎r(shí)含有較多膠體，半導(dǎo)體性能要差一些。用表計(jì)測量線棒的表面電阻率相差較大，運(yùn)行時(shí)必然導(dǎo)致線棒表面的場強(qiáng)分布不均，發(fā)生畸變，使得槽電位在同一線棒的同一平面上差別很大。有的部位因電阻率很高，會(huì)造成線棒局部的槽電位過高。

1.2 定子線棒和鐵芯接觸的緊密程度不夠

機(jī)組運(yùn)行的年限過長，多次振動(dòng)帶來的累積效應(yīng)引起槽楔松動(dòng)，且槽內(nèi)的半導(dǎo)體漆在長時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的高溫將導(dǎo)致部分膠體脫落形成流膠；在鐵芯槽內(nèi)噴漆和涂膠時(shí)無法保證各個(gè)部位的厚薄均勻且無花斑。采用手工包制的線棒主絕緣表面可能會(huì)凹凸不平，不能緊密貼合鐵芯槽壁，使得安裝的定子線棒在鐵芯槽內(nèi)的間隙過大，二者的接觸程度不夠緊密。這些情況都將導(dǎo)致線棒表面與鐵芯間不能形成等電位，引發(fā)電容性放電，使槽電位升高。

1.3 定子線棒表面與槽楔受力不均

槽楔打的不緊會(huì)使線棒和槽楔、槽壁間接觸不良或出現(xiàn)間隙，容易產(chǎn)生電腐蝕。在傳統(tǒng)的安裝工藝下線棒與槽楔間是剛性連接，且機(jī)組在長期運(yùn)行后其絕緣材料會(huì)有一定的收縮量，槽楔出現(xiàn)松動(dòng)，致使其與線棒表面的受力不再均勻，線棒和鐵芯槽壁接觸不良、槽電位上升。

1.4 定子鐵芯表面接觸電阻值過高

在鐵芯疊裝前，考慮到金屬表面發(fā)生氧化或腐蝕現(xiàn)象會(huì)影響鐵芯的電磁性能，需給鐵芯表面涂抹一層堅(jiān)硬、具有一定絕緣電阻且耐熱的半導(dǎo)體漆。這種半導(dǎo)體漆是由環(huán)氧酚醛樹脂清漆和500目膠體石墨按照規(guī)定比例混合、攪拌而成的一種漆液。若漆液的攪拌不夠均勻且涂抹時(shí)厚薄不一，必然導(dǎo)致半導(dǎo)體電阻率超標(biāo)。一旦鐵芯表面的半導(dǎo)體電阻率過大，定子線棒和鐵芯槽壁間的接觸電阻值也將大幅增加，引起線棒表面對(duì)地的電位升高。

2 處理措施

在定子線棒的制造過程中，應(yīng)盡早聯(lián)系生產(chǎn)廠家，要求其技術(shù)人員必須保證線棒表面防暈層的半導(dǎo)體材料分布均勻，并確保線棒棱角處與線棒平面上的電阻率一致；通過縮短鐵芯槽與定子線棒間的配合公差尺寸，以減小槽內(nèi)線棒表面與鐵芯槽壁的間隙。當(dāng)線棒全部入槽后，在鐵芯槽壁與定子線棒的間隙中加塞0.1mm 或0.2mm 等不同厚度的半導(dǎo)體墊條，減小了兩者間的間隙、提高了槽滿率，增多了定子鐵芯與線棒表面的接觸點(diǎn)，從而也減小了接觸點(diǎn)之間的跨步電壓。當(dāng)施加1個(gè)額定的交流電壓時(shí)，定子線棒、半導(dǎo)體墊條和鐵芯之間在無間隙和有間隙這兩種情況下的等效示意圖如圖1、圖2。

噴涂在定子鐵芯表面的半導(dǎo)體漆，應(yīng)是按比例加入環(huán)氧酚醛樹脂清漆和500目膠體石墨攪拌成漆液后，經(jīng)測量其電阻率符合要求后方可噴涂，且在噴涂時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制膠的用量及所噴厚度，做到均勻無花斑，以保證鐵芯表面接觸電阻合格；在鐵芯槽底加墊適形材料的半導(dǎo)體滌綸氈墊條。如遇到槽底放有測溫元件時(shí)，還應(yīng)在墊條的對(duì)應(yīng)部位開孔，以保證測溫元件不被壓壞，使線棒在槽內(nèi)接觸平整；選用適合發(fā)電機(jī)定子上、中、下層的槽楔，以便于打緊槽楔和確保槽楔與線棒表面的受力均勻。對(duì)于槽楔松緊的一般要求是：槽楔靠鐵芯下端的第一節(jié)全緊、無空啞聲，第二節(jié)空啞聲不超過三分之一；上端第一節(jié)全緊，上端第二節(jié)、中部各空啞聲不超過三分之一。

3 應(yīng)用及效果

某水電站2號(hào)發(fā)電機(jī)的額定容量為7MW，以此為例，在2號(hào)機(jī)組定子槽電位超標(biāo)的問題上，依據(jù)上述分析的四點(diǎn)原因開展逐一排查。在嘗試用塞尺測量30個(gè)槽電位超標(biāo)的線槽時(shí)發(fā)現(xiàn)，定子線棒與鐵芯槽壁的間隙最大為2mm、最小也達(dá)到0.35mm，兩者之間存在明顯的間隙，且不滿足GB/T 8654-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》中定子線棒與鐵芯槽壁的間隙需小于等于0.25mm 的要求，是導(dǎo)致槽電位超標(biāo)的主要原因。隨即在2號(hào)發(fā)電機(jī)上，針對(duì)這一確定的主要原因?qū)嵤┝饲笆鼋档筒垭娢坏奶幚泶胧?/p>

首先，松開下端的槽楔綁線，用木板或環(huán)氧板抵住槽楔通風(fēng)孔，用力敲擊木板或環(huán)氧板退出槽楔，注意力道，防止退出過程中刮破線棒或碰傷鐵芯。然后對(duì)定子槽進(jìn)行吹掃、清洗。接著在槽壁、線棒與鐵芯的間隙處均勻涂刷低電阻半導(dǎo)體防暈漆，待其晾干后開始回裝，根據(jù)定子線棒與槽壁的間隙塞入0.1mm 和0.2mm 厚的半導(dǎo)體墊條，直至塞不進(jìn)為止。確保打入槽楔后符合槽楔松緊的要求。最后采用浸入環(huán)氧絕緣膠（由A 組份、B 組份的B 級(jí)絕緣膠和丙酮按1∶1∶2的比例配置而成）的玻璃絲帶，并讓它以晾至半干、軟而不濕的狀態(tài)將最下層的槽楔綁扎完，再用環(huán)氧絕緣膠噴涂一遍，使綁扎帶與槽楔牢牢地固定住。

經(jīng)過以上處理后，同樣采用400kVA 發(fā)電機(jī)并聯(lián)諧振耐壓裝置和BS471101型高內(nèi)阻數(shù)字式萬用表對(duì)槽電位超標(biāo)的定子線棒重新測量，其試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 某水電站2號(hào)發(fā)電機(jī)定子槽電位超標(biāo)處理后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（部分）

以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)均是在發(fā)電機(jī)繞組溫度21℃，環(huán)境溫度21℃，相對(duì)濕度70%的條件下測得。通過處理前后數(shù)據(jù)對(duì)比可知，處理后的定子槽電位均在5V以下，證明了上述提出的降低槽電位的處理方法和技術(shù)措施是行之有效的，在實(shí)際應(yīng)用中取得了理想的效果。

綜上，通過對(duì)影響槽電位大小的各個(gè)因素和傳統(tǒng)的安裝工藝方法進(jìn)行分析，提出了針對(duì)性的處理方法和技術(shù)措施，為今后處理水輪發(fā)電機(jī)定子槽電位超標(biāo)等類似問題提供了可借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)。