发电机定子线棒绝缘烧损原因及对策

文章摘要：摘要：分析了南津渡水电站灯泡贯流式机组定子线棒绝缘劣化导致接地事故的原因，提出了发电机绝缘劣化问题的解决和处理办法。 关键词：水轮发电机定子绝缘器件事故处理设备维修 １机组概况 湖南省南津渡水电站机组是２０世纪８０年代末从奥地利ＥＬＩＮ公司引进的灯泡贯流式机组，装机３台，单机容量为２０ＭＷ。发电机定子直径２．４３ｍ，Ｆ级绝缘，定子绕组为分数槽双层波绕组；定子线棒主绝缘采用粉氧云母为基础、环氧树脂为胶粘剂、玻璃纤维补强的热固性复合绝缘材料，主绝缘单边厚度２．７ｍｍ，线棒与槽壁、槽底、槽楔板、层间半导体隔板间空隙采用注入半导体硅橡胶填充（与国内通常用半导体垫条方式不同）。定子采用贴壁结构，直接

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摘要：分析了南津渡水电站灯泡贯流式机组定子线棒绝缘劣化导致接地事故的原因，提出了发电机绝缘劣化问题的解决和处理办法。 

关键词：水轮发电机定子绝缘器件事故处理设备维修 

１机组概况
　　湖南省南津渡水电站机组是２０世纪８０年代末从奥地利ＥＬＩＮ公司引进的灯泡贯流式机组，装机３台，单机容量为２０ＭＷ。发电机定子直径２．４３ｍ，Ｆ级绝缘，定子绕组为分数槽双层波绕组；定子线棒主绝缘采用粉氧云母为基础、环氧树脂为胶粘剂、玻璃纤维补强的热固性复合绝缘材料，主绝缘单边厚度２．７ｍｍ，线棒与槽壁、槽底、槽楔板、层间半导体隔板间空隙采用注入半导体硅橡胶填充（与国内通常用半导体垫条方式不同）。定子采用贴壁结构，直接固定在灯泡体外壳上。定子铁芯内部无通风道，利用灯泡体外壁作为定子散热面，直接将热量传导给灯泡体外流过的河水中。发电机冷却方式为密闭式水循环强迫风冷。一次冷却系统为密闭空气冷却系统，由位于灯泡头内４台４ｋＷ的轴流风机将风向水空冷却器冷却，冷却后的风经过转子轮毂上的５个（单侧）轴向通风孔到达定子下游侧，再经转子极靴间间隙和气隙到达定子上游侧，再后回到风机。二次冷却系统为水空冷却器，采用密闭循环，由灯泡头外河水经灯泡头内冷却套冷却水空冷却器产生的热水。
２定子烧损情况
２．１定子线棒绝缘击穿
　　南津渡水电站机组先后发生了３次定子线棒绝缘击穿的定子接地故障。首次发生于１９９９年６月３日，１号机组在并网并带满负荷时，突然发生定子接地保护动作停机，后经检查发现，定子１９８槽上层线棒（Ｂ相）紧靠上游侧槽口处被击穿（击穿点位于槽内）。在处理过程中，发现事故线棒靠近击穿位置约４/５线棒全长处已呈白色，防晕层完全破坏，主绝缘电腐蚀现象严重，而下游侧段线棒从槽口处起有３０～４０ｃｍ长的线棒直线段防晕层没有受损且未发生电腐蚀。２００１年７月，亦是１号机组２１３槽（Ｂ相）上层线棒靠近上游侧槽口处发生击穿。２００３年６月１９日，２号发电机定子２２２槽下层线棒上游侧槽口击穿。后两次定子接地事故与第一次类似。
２．２定子线棒连接部件多次开焊烧断
　　南津渡水电站发电机定子线棒端部接头采用对接锡焊焊接（ＥＬＩＮ公司自为南津渡生产完机组后已不再使用这种工艺）。１、２、３号发电机在２００２年和２００３年先后发生定子端部连接部件接头焊接处烧断开焊３次，事故发生点均处于发电机上游侧。其中２００３年６月１９日在２号机事故中同时发现一定子线棒接头的绝缘并头套有严重烧损现象，拆除后发现该接头已部分脱焊，焊锡流出焊口，由于及时发现未造成事故。
２．３线棒电腐蚀严重
　　２００１年机组运行中发现有臭氧气味，特别是２号机臭氧气味强烈。对２号机检查发现线棒上游侧槽部及槽口处电腐蚀（即电劣化）严重。上游侧１／３线棒段有白色粉状物，１／５槽口处槽壁有黑点、毛刺、啃齿，槽楔松动，硅橡胶老化；下游侧线棒未见异常。上游侧部分线棒与槽壁间普遍存在０．３～１ｍｍ间隙，线棒有松动现象。在机组事故抢修中拆下的未击穿线棒也可以明显发现上游侧线棒段电腐严重，填充硅橡胶老化现象，而下游侧完好如初。线棒电腐蚀严重部位为时钟１０至２点钟区间，该部位为各相绕组高电位处。其它两台机也有类似现象。
３定子烧损主要原因
３．１定子线圈槽绝缘结构设计存在缺陷
　　查ＥＬＩＮ公司图纸，定子线棒宽１６．３ｍｍ，其中股线宽１０．９ｍｍ，主绝缘２．７ｍｍ；定子槽宽为１７ｍｍ（冲片），槽形宽１６．６ｍｍ，叠片公差双边０．４ｍｍ（单边０．２ｍｍ）：槽衬宽０．４ｍｍ，加线棒宽为１６．７ｍｍ，与槽形装配在宽度方向上有０．１ｍｍ的过盈，但与冲片宽有０．３ｍｍ的间隙：线棒与槽壁间充填硅橡胶０．２ｍｍ，双边０．４ｍｍ。
　　通过上述数据发现，假若叠片质量很好，则０．４ｍｍ的双边公差就偏大。线棒下线公差０．３ｍｍ，特别是采用液压成型工艺的，线棒本身公差就较大。合计两部分公差后，在槽壁与线棒之间间隙最大可达０．６ｍｍ以上。由于槽壁与线棒间间隙较大，两者之间电位差较大，易产生局放电现象，长时间作用下，可造成线棒绝缘烧损劣化，表现为槽部电腐蚀。南津渡水电站发现的定子槽部有白色粉状物，运行中产生臭氧等，应是长期局部放电所致。由机组１０至２点钟区间线棒处于各相高电位区，线棒与槽壁电位差较其它区域要大，局部放电更为严重，从而导致此处电腐蚀最严重。线棒主绝缘单边仅２．７ｍｍ，属超薄型绝缘，虽技术比较先进，但不足的是：在线棒换位处对地绝缘更薄，生产加工中在个别换位处形成绝缘层过薄是可能的。在换位处，若存在长期电腐蚀，绝缘被击穿的可能性更大。

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