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        發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣擊穿原因分析及處理對策

        2018-10-22 11:40:46鄭偉
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2018年14期
        關(guān)鍵詞:故障原因

        鄭偉

        摘 要:發(fā)電機(jī)定子主要由鐵芯、線圈和機(jī)座組成,定子線棒絕緣擊穿將會對發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行產(chǎn)生直接影響,因此必須要在發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)分析問題原因,并采取針對性的處理措施,使發(fā)電機(jī)盡快恢復(fù)運(yùn)行。本文以某水電站3號水輪發(fā)電機(jī)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(jìn)行了概述,隨后分別從修復(fù)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(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī)定子;絕緣擊穿;故障原因;處理對策

        中圖分類號:TM31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        1 發(fā)電機(jī)機(jī)組概況

        某水電站裝機(jī)容量為860MW,年設(shè)計(jì)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(jī),設(shè)備型號為SF180-60-12800,額定功率180MW。發(fā)電機(jī)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(jié)構(gòu),端部絕緣結(jié)構(gòu)為絕緣盒封口后灌注膠填充。定子繞組分9個(gè)分支,共1080根線棒。

        2 發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣擊穿分析

        2.1 故障點(diǎn)的判斷

        發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí),未在機(jī)坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)異常響動(dòng)或冒煙情況,據(jù)此初步判定為發(fā)電機(jī)內(nèi)部小范圍故障。關(guān)停發(fā)電機(jī)后,由于上機(jī)架沒有拆除,轉(zhuǎn)子仍然留在機(jī)坑,需要現(xiàn)場技術(shù)人員做好安全防護(hù)工作。制定初步的故障檢查方案后,技術(shù)人員先進(jìn)入風(fēng)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(shí)可以確定故障源在槽內(nèi)。技術(shù)人員撤出后,拆解上機(jī)架,利用起吊設(shè)備將轉(zhuǎn)子調(diào)出,技術(shù)人員對繞組的U相、W相、V相進(jìn)行絕緣電阻測量,測量結(jié)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(jié)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(gè)接線端分別連接定子繞組的V相3分支和中性點(diǎn)V相3分支,測量對地電阻。此時(shí)直流電阻測試儀的檔位旋轉(zhuǎn)到“10A”檔,觀察測試結(jié)果定子繞組V相3分支接地電阻144.3MΩ,中性點(diǎn)V相3分支接地電阻72.5MΩ。綜合測量結(jié)果和定子線棒的接線方式,將故障點(diǎn)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(gè)槽內(nèi)繼續(xù)使用“直流高壓間隙放電法”進(jìn)行檢測。選擇80kV交直流耐壓裝置對V相3支路繞路進(jìn)行加直流實(shí)驗(yàn),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(jìn)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(diǎn)后,結(jié)合發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況,認(rèn)為引發(fā)該故障的原因主要有以下幾個(gè)方面:

        (1)定子沖片松動(dòng)。該發(fā)電機(jī)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(jī)工作時(shí)間的延長,由于發(fā)電機(jī)本身振動(dòng)、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(dòng),可能會導(dǎo)致線棒絕緣擊穿。

        (2)水電站日常運(yùn)行影響。為了滿足區(qū)域供電要求,該水電站機(jī)組頻繁啟停,且從啟動(dòng)到滿荷載運(yùn)行的時(shí)間間隔較短,一般在3min~6min。為了盡快達(dá)到額定運(yùn)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(jī)定子采用“先分壓再總壓”的壓緊方式,由于分段壓緊中各個(gè)分段的壓力不一致,可能會導(dǎo)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(jī)組設(shè)計(jì)不合理,該發(fā)電機(jī)鐵芯長度和定子內(nèi)徑之比為1.5∶4.2,幾何形狀較為細(xì)長。這就導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生熱量的傳導(dǎo)路徑過長,溫度不能及時(shí)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(jìn)而加速了絕緣體的老化速度,出現(xiàn)絕緣擊穿問題。

        (5)運(yùn)行維護(hù)不到位,該發(fā)電機(jī)自投入運(yùn)行以來,尚未進(jìn)行運(yùn)行工況檢查,而由于機(jī)組頻繁啟停、橡膠受熱老化等問題的影響,定子線棒實(shí)際上已經(jīng)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。由于日常運(yùn)行維護(hù)工作不到位,這些隱患沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決,逐漸累計(jì)最終引發(fā)了嚴(yán)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(dòng)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(dòng),如果仍然存在線棒松動(dòng)問題,可以向線棒間隙出注射流體狀態(tài)的半導(dǎo)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(dòng)。該方法同樣適用于定子沖片松動(dòng)的處理,同時(shí)技術(shù)人員記錄處理時(shí)間,以便于后期日常維護(hù)時(shí)進(jìn)行重點(diǎn)管理。

        3.2 發(fā)電機(jī)油污、粉塵的清理

        受工作環(huán)境的影響,發(fā)電機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)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(jī)運(yùn)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(jìn)入到發(fā)電機(jī)內(nèi)部,具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性,容易引發(fā)短路或絕緣擊穿。因此,要制定定期清理計(jì)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(hù)層的形式,提高定子線棒絕緣能力??梢赃x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(jī)運(yùn)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(fù)手段來處理。

        3.4 開展修復(fù)后的鐵損實(shí)驗(yàn)

        完成上述一系列的處理措施后,還要進(jìn)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(yùn)行。鐵損實(shí)驗(yàn)包括多項(xiàng)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(fù);如果絕緣擊穿后受損嚴(yán)重,則應(yīng)當(dāng)及時(shí)報(bào)請有關(guān)部門,直接用新的定子線棒進(jìn)行替換?,F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)人員要記錄好鐵損實(shí)驗(yàn)前后各項(xiàng)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(guān)于發(fā)電機(jī)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(jī)運(yùn)行中較為常見的故障,為了不影響發(fā)電機(jī)正常工作,要求在發(fā)現(xiàn)故障后立即進(jìn)行故障源的查找。今后應(yīng)當(dāng)加快信息化檢測技術(shù)的應(yīng)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(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)。同時(shí),將這些參數(shù)同步到計(jì)算機(jī)管理中心,對比數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。一旦檢測到定子實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)異常,立即啟動(dòng)應(yīng)急措施,確保了發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

        (3)制定嚴(yán)格的檢修機(jī)制,根據(jù)發(fā)電機(jī)電腐蝕情況、運(yùn)行時(shí)間等,確定檢查維護(hù)周期。并要求檢修人員做好記錄,尤其要重點(diǎn)關(guān)注線棒是否松動(dòng)、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(xiàn)

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

        [2]孫國華,李曉紅.大電機(jī)主絕緣老化缺陷的聲學(xué)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及定子線棒老化性能研究[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào),2016(7):164-165.

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

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