閆迎，郝劍波

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

水電廠發(fā)電機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

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

針對湖南省內水電廠發(fā)電機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，并對引發(fā)絕緣盒缺陷的原因進行介紹，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)電機定子繞組鼻端接頭部位最重要的絕緣結構，在機組帶電后起著防電暈、電腐蝕及瞬態(tài)短路的作用〔1〕。近年來湖南省內水電廠在機組檢修過程中連續(xù)發(fā)現(xiàn)多起發(fā)電機端部絕緣盒缺陷故障，這些缺陷雖未造成機組運行事故，但已威脅機組穩(wěn)定運行。因此評估絕緣盒的絕緣狀態(tài)，了解缺陷產生原因，選擇最佳處理手段，對避免類似問題的發(fā)生，顯得尤為重要。

1 缺陷類型

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

1)絕緣盒內填充物外溢。絕緣盒端口處的封口膩子大都存在一定程度的軟化，盒內的絕緣膠等填充物自盒口溢出，堆積于盒子邊沿等處，對絕緣盒表面造成侵蝕。

2)絕緣盒表面開裂。絕緣盒表面出現(xiàn)大量裂紋，裂紋長度和深度各異，嚴重者裂紋貫穿整個盒子表面，甚至透入盒內絕緣膠體，外部灰漬、潮氣等雜質穿過裂紋進入盒子內部。

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

2 缺陷診斷

長期以來，湖南各水電廠對發(fā)電機絕緣盒的檢查主要采用外觀檢查方式，輔以清灰除塵等簡單工作，只能發(fā)現(xiàn)一些明顯故障，而對于盒內填充物變質或量少等隱患問題效果甚微，電廠也缺乏相應的技術診斷方法。

基于發(fā)電機定子繞組端部絕緣結構的特殊性，常規(guī)的定子繞組交、直流耐壓等試驗方法在進行端部絕緣檢查時具有一定的局限性，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施加額定直流電壓后絕緣盒表面的電位高低來判斷定子端部接頭部位的絕緣性能。試驗前端部各絕緣盒用厚度約為0.01 mm的錫箔紙包裹。具體測量原理如圖1所示。

圖1 絕緣盒表面電位測量原理圖

在表面電位法應用過程中，會有2種結果:

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

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。這類絕緣盒存在嚴重缺陷，已無法滿足正常應用。具體缺陷特征還需根據盒內填充物的厚度、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 制造質量問題

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

3.2 安裝工藝或施工工序不合理

目前國內各發(fā)電機生產廠家和國家規(guī)程標準對水輪發(fā)電機定子線棒端部絕緣盒的安裝工藝和質量控制點都有嚴格規(guī)定〔4〕，如:

1)組成盒內填充物的各材料成分的性能和配比關系要符合廠家設計規(guī)程，避免各成分之間反應不充分導致填充物無法固化。

2)絕緣盒安裝前要對線棒鼻端接頭進行打磨，消除各種毛刺和尖端放電，同時測量各接頭回路電阻，確定接頭無脫焊、松焊等隱患。

3)盒內填充物在澆灌過程中要排盡盒內空氣，確保澆灌飽滿，盒內無貫穿性氣孔和裂紋。

4)盒內填充物盡可能采用分段澆灌，每次澆灌前要確認盒內填充物已干燥凝固。全部澆灌結束后填充物若有收縮下沉，要及時補灌。

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

3.3 發(fā)電機定子繞組上下層線棒接頭錯位嚴重

水輪發(fā)電機定子線棒在嵌線時端部錯位允許程度有明確限制，最大不準超過5 mm。當錯位較為嚴重時，端部接頭與絕緣盒前、后、左、右間隙無法調節(jié)均勻，導致盒內填充物厚度不均，尤其在間隙較小部位填充物厚度不足或無填充物，在振動擠壓、冷熱變化等因素影響下這些部位最易損壞或開裂而喪失絕緣性能。

3.4 機組運行環(huán)境的影響

發(fā)電機機坑內空氣濕度一般比較大，溫度波動比較明顯，機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 缺陷處理及維護建議

為提高定子線棒的絕緣強度，最大限度地延長機組使用壽命，根據水電機組的絕緣特點，對缺陷絕緣盒的處理提出2種解決方案〔5〕。

1)方案1:對流膠、空鼓、放電等缺陷類絕緣盒淘舊換新，對無缺陷者不做處理。

該種方案工序簡單，耗時較短，但對于未做任何處理絕緣盒，無法排除線棒端部絕緣在后續(xù)運行中繼續(xù)劣化的可能。當定子端部只有少數(shù)絕緣盒存在異常時，可采用該種處理方案，同時加強對端部的定期檢查，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。

該方案對所有端部絕緣盒進行更換，相應的處理流程復雜，工序多，耗時長，但當端部絕緣缺陷屬于因設計制造等原因造成的家族性缺陷時，該方案尤其適用。

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

對于尚未開展缺陷治理的故障機組，要建立完善的事故預防措施，加強對機組的日常管理與監(jiān)護，確保各類電氣保護正確投入，定期對空氣冷卻系統(tǒng)進行清潔，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。同時推廣應用在線監(jiān)測和診斷技術，實現(xiàn)對機組定子繞組絕緣監(jiān)測、端部振動監(jiān)測、發(fā)電機漏油漏水監(jiān)測，實時掌握機組的運行狀態(tài)，保證發(fā)電機安全可靠運行。

5 結論

因絕緣盒制造質量、安裝工藝等多種原因造成的水電廠發(fā)電機定子端部絕緣缺陷，已嚴重危及到水電機組設備的安全運行。因此建議電廠方面在機組檢修過程中通過開展定子端部表面電位試驗對端部絕緣進行隱患排查，同時針對具體缺陷類型選擇合適的消缺方法，另外在處理過程中加強對檢修方案和施工工藝的監(jiān)督和管理，嚴格執(zhí)行各項檢修措施及運行規(guī)程，使有缺陷的絕緣盒得到徹底的處理，從而保證設備的可靠運行。

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

〔2〕林建坤.電位外移測量法在檢測定子繞組絕緣時的優(yōu)點 〔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〕.工程塑料應用，2012，40(9):79-82.

〔4〕中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 8564—2003水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范 〔S〕.北京:中國標準出版社，2003.

〔5〕李效仁.水輪發(fā)電機定子端部絕緣問題處理 〔J〕.水電站機電技術，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和研究工作。

2015-02-05 改回日期:2015-04-10