大型水輪發(fā)電機定子端部絕緣盒故障分析

晏桂林，劉黎明

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007；2.湖南鳳灘水力發(fā)電廠，湖南 懷化 445500)

大型水輪發(fā)電機定子端部絕緣盒故障分析

Faults analysis of insulation box at stator's ends for large-scaled hydro-generator

晏桂林1，劉黎明2

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007；2.湖南鳳灘水力發(fā)電廠，湖南 懷化 445500)

結(jié)合某電廠一例水輪發(fā)電機定子端部絕緣盒的缺陷，通過采用對該發(fā)電機進行直流電阻測試、表面電位檢測及直流耐壓試驗等，分析缺陷產(chǎn)生原因，并描述了其處理結(jié)果。

水輪發(fā)電機；絕緣盒；表面電位；裂紋

某水力發(fā)電廠5號發(fā)電機型號為SF200－48/ 11810，定子線圈為F級絕緣。2013年，在發(fā)電機組實施A級檢修中發(fā)現(xiàn)定子端部絕緣盒出現(xiàn)大面積貫穿性裂紋，且電位檢測嚴重超標和存在明顯放電，成為機組安全運行的重大設(shè)備隱患。

1 故障簡介

2013年12月8日，在對該發(fā)電機定子和鐵芯進行清洗工作中發(fā)現(xiàn)部分定子上下端部絕緣盒出現(xiàn)裂紋。裂紋絕緣盒數(shù)量多、分布廣、長度不一，部分絕緣盒裂紋可見其內(nèi)部絕緣膠體，應(yīng)為貫穿性裂紋。初步統(tǒng)計出現(xiàn)裂紋絕緣盒數(shù)量上端部約305個，下端部約104個，裂紋部位大部分集中在發(fā)電機定子內(nèi)圈側(cè)。

2 故障原因分析

發(fā)電機端部絕緣盒主要作用在于端部線圈的固定及端部線圈絕緣，從出現(xiàn)裂紋的狀況來看，可能原因有:端部焊接頭發(fā)熱變形導致膠體膨脹形成故障；端部絕緣盒灌膠未按工藝施工引起的故障及絕緣盒本身質(zhì)量問題引起的故障等，為分析故障產(chǎn)生原因，對該發(fā)電機多項試驗數(shù)據(jù)進行了分析〔1〕。

2.1 發(fā)電機直流電阻數(shù)據(jù)分析

對該發(fā)電機歷年來檢修過程中開展的直流電阻測試進行分析，數(shù)據(jù)見表1。

表1 發(fā)電機定子繞組直流電阻數(shù)據(jù)分析 Ω

從歷年檢測的試驗數(shù)據(jù)來看，2006—2013年對該發(fā)電機定子繞組進行9次直流電阻測量，從數(shù)據(jù)的變化趨勢可看出，直流電阻變化不大，且各年測試結(jié)果趨勢基本一致，符合試驗標準和規(guī)程要求，據(jù)此，可初步排除定子端部焊接質(zhì)量問題。

2.2 發(fā)電機泄漏電流數(shù)據(jù)分析比較

對該發(fā)電機歷年來檢修過程中開展的泄漏電流測試數(shù)據(jù)進行分析，數(shù)據(jù)見表2。

從表2中數(shù)據(jù)可以看出機組投運后歷年預防性試驗中直流泄漏試驗數(shù)據(jù)未見異常。泄漏電流因環(huán)境因素略有差異，但總體趨于平衡狀態(tài)，直流泄漏電流試驗合格。據(jù)此，該發(fā)電機端部絕緣雖有缺陷，但尚未發(fā)展成對地放電等惡劣故障，因此運行中并未出現(xiàn)異常。

表2 發(fā)電機定子繞組直流泄漏數(shù)據(jù)分析

2.3 發(fā)電機端部絕緣盒表面電位試驗分析

在綜合分析該發(fā)電機投產(chǎn)前現(xiàn)場施工環(huán)境、安裝工藝以及投產(chǎn)后歷年試驗檢測數(shù)據(jù)并結(jié)合檢修經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，認定絕緣盒出現(xiàn)裂紋故障的原因系原填充膠灌注工藝缺陷導致膠體出現(xiàn)間隙或裂紋所致，為判斷絕緣盒本身的絕緣質(zhì)量及各線圈端部目前的絕緣狀況，決定參照火電機組端部電位試驗方法對發(fā)電機定子端部絕緣盒進行電位測量〔2〕。檢測測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)電機上端部324個絕緣盒中，存在放電現(xiàn)象的絕緣盒共51個，電位超過3 000 V有34個，其中測量最高電位達11 000 V；下端部468個絕緣盒中，存在放電現(xiàn)象的絕緣盒有96個，電位超過3 000 V的有52個，其中測量最高電位達11 600 V。共檢測出發(fā)電機定子端部電位異常絕緣盒共計191個。

為了解發(fā)電機故障絕緣盒內(nèi)部狀況，進一步確定故障原因，決定對發(fā)電機上端部電位檢測數(shù)據(jù)異常且放電明顯的3個絕緣盒進行解體檢查，解體后的結(jié)果如圖1所示。

從圖1絕緣盒解體后的情況可以看出，故障表現(xiàn)最嚴重的絕緣盒內(nèi)部存在膠體未全部灌滿的情況。

圖1 絕緣盒解體狀態(tài)圖

綜合以上數(shù)據(jù)分析認為該發(fā)電機定子端部絕緣盒裂紋以及表面電位異常的主要原因為以下幾點:

1)絕緣盒本身材質(zhì)和質(zhì)量原因，延展性及強度均不能滿足現(xiàn)場要求。

2)絕緣盒內(nèi)填充膠因原灌注工藝或膠配比問題，致使部分絕緣盒內(nèi)與線棒之間膠體填充不實形成空氣間隙，并完全依靠絕緣盒絕緣 (絕緣盒壁厚4 mm)。一旦絕緣盒出現(xiàn)裂紋后，在施加直流電壓作用下，空氣被擊穿形成間隙放電，從而導致定子端部表面電位異?；蚍烹姮F(xiàn)象。

3)發(fā)電機定子絕緣盒在安裝時工藝控制不嚴，絕緣盒灌注膠在盒內(nèi)分布不均，致使部分絕緣盒內(nèi)壁與線棒之間形成的膠體絕緣層太薄，無法滿足絕緣要求。

3 處理結(jié)果

結(jié)合故障原因，現(xiàn)場對電位超標絕緣盒進行了更換后重新注膠處理，處理完后重新開展了各項測試試驗，結(jié)果合格。

本次水輪發(fā)電機端定子部絕緣盒裂紋隱患的成功治理，不僅及時消除了安裝過程中施工工藝及設(shè)備質(zhì)量不過關(guān)帶來的安全隱患，同時進一步加強了發(fā)電機端部的絕緣強度。

〔1〕周尚禮，張定浩.青溪水電廠1號發(fā)電機定子端部絕緣盒處理〔J〕.廣東電力，1998，11(5):35-36.

〔2〕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(shù)，2001(3):8-9.

〔3〕趙海軍.水輪發(fā)電機定子絕緣盒灌注膠未固化的處理 〔J〕.上海大中型電機，2014(1):62-63.

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.009

TM853；TV737

B

1008-0198(2015)02-0033-02

晏桂林 (1983)，男，湖南長沙人，工程師，從事發(fā)電機、變壓器等一次設(shè)備管理工作。

2014-10-09

2015-01-12

劉黎明 (1971)，男，湖南懷化人，高級技師，從事發(fā)電機、變壓器等一次設(shè)備管理工作。