淺談水輪發(fā)電機組定子端部絕緣盒流膠、開裂缺陷及處理

劉　揚（中國長江電力股份有限公司檢修廠，湖北 宜昌 443002）

淺談水輪發(fā)電機組定子端部絕緣盒流膠、開裂缺陷及處理

劉揚
（中國長江電力股份有限公司檢修廠，湖北 宜昌 443002）

摘要：以國內(nèi)某大型水電站水輪發(fā)電機組定子端部出現(xiàn)絕緣盒流膠、開裂缺陷為出發(fā)點，對可能產(chǎn)生定子端部絕緣盒流膠、開裂缺陷的原因進行了分析，并提出了處理方法。

關(guān)鍵詞：絕緣盒；流膠；開裂

0　前言

國內(nèi)某大型水電站，發(fā)電機定子線棒并頭套采用錫焊工藝，定子線棒電接頭絕緣采用酚醛玻璃纖維壓塑料絕緣盒，內(nèi)部灌注環(huán)氧樹脂膠方式。近年來在對發(fā)電機檢修過程中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有多臺機組定子線棒電接頭絕緣盒存在不同程度的開裂、流膠現(xiàn)象，嚴重威脅發(fā)電機的安全運行。

1　絕緣盒流膠、開裂缺陷現(xiàn)象概述

國內(nèi)某大型水電站2號水輪發(fā)電機組發(fā)電機冷卻方式為全空冷，定子線棒電接頭的連接方式為直式有底或無底并頭套，定子繞組并頭套采用錫焊工藝，定子線棒電接頭絕緣采用酚醛玻璃纖維壓塑料制成的絕緣盒，內(nèi)部灌注環(huán)氧樹脂膠，絕緣盒材質(zhì)為酚醛玻璃纖維壓塑料4330-1，室溫固化環(huán)氧樹脂膠配方為：環(huán)氧樹脂（6101）:聚酰胺樹脂（650）:石英砂（200目）=100:30～50:100。

在2013年對2號水輪發(fā)電機組檢修時，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機定子線棒端部絕緣盒出現(xiàn)嚴重流膠、開裂現(xiàn)象，如圖1、2所示。

圖1　絕緣盒流膠情況

圖2　絕緣盒開裂情況

2　檢查情況

發(fā)現(xiàn)2號機組定子線棒端部絕緣盒流膠、開裂現(xiàn)象后，對其進行了詳細的檢查。

對流膠最為嚴重的定子下端第880槽絕緣盒進行了詳細的檢查。檢查發(fā)現(xiàn)，流出的絕緣膠為黑褐色，膠從絕緣盒注膠表面的氣眼里流出，如圖3所示。

圖3　流膠的氣眼

將流出的絕緣膠進行加溫處理，加溫到100℃時發(fā)現(xiàn)絕緣膠可以逆變液化。

將該槽流膠絕緣盒破開，發(fā)現(xiàn)線棒端部和并頭套均完好，內(nèi)部絕緣膠顏色異常，并有分層現(xiàn)象，未見明顯石英砂成分，且在絕緣膠流出的位置有較大氣眼，絕緣盒破開后圖片如圖4所示。

圖4　絕緣盒破開后情況

對開裂絕緣盒進行檢查，檢查結(jié)果為絕緣盒開裂只是絕緣盒表面開裂，內(nèi)部灌注環(huán)氧膠并無裂紋。對此水電站其他機組進行定子線棒端部絕緣盒普查，發(fā)現(xiàn)有多臺機組定子端部絕緣盒存在流膠、開裂現(xiàn)象。

3　絕緣盒流膠、開裂缺陷原因分析

總體來看，引起定子線棒端部絕緣盒流膠、開裂缺陷的主要原因有以下幾個方面：

（1）端接頭接觸電阻增大，大電流通過時發(fā)熱導(dǎo)致絕緣水平下降。

發(fā)電機定子線棒電接頭采用錫焊工藝，鉛錫焊接法的優(yōu)點是焊接溫度較低，焊接工藝簡單，但鉛錫焊焊料允許通過的電流密度低，抗拉強度不高，并且鉛錫焊在焊接溫度達到270℃時，銅會溶于錫，形成Cu6Sn6合金，會進一步導(dǎo)致電接頭電流密度降低；同時，某些端接頭在運行中受電、熱、機械力的作用而使接觸電阻增大，根據(jù)，接觸電阻增大的接頭會局部發(fā)熱，如長期運行，絕緣材料便會逐漸熱老化。熱老化的象征大多為絕緣顏色逐漸變?yōu)榻购冢椥?，變硬、變脆，發(fā)生龜裂。

（2）運行中受熱脹冷縮及振動的影響，會導(dǎo)致絕緣盒開裂缺陷的產(chǎn)生。

發(fā)電機的定子線棒電接頭都伸到鐵芯外面，運行中受到機械和自身（機械和電磁）的力的影響而不停的產(chǎn)生振動，特別是大型發(fā)電機，電壓等級高，且其端接頭伸出鐵芯較長。發(fā)電機在運行中，絕緣材料受熱脹冷縮及振動的影響，會導(dǎo)致絕緣盒開裂缺陷的產(chǎn)生。

（3）絕緣材料的選擇與配制。

選擇絕緣盒時，如果絕緣盒太小，在灌注絕緣填料時，很多地方的氣泡都因空間太小而排不出來，造成絕緣盒內(nèi)部有很大的氣隙，嚴重影響機組的絕緣水平。

配制填充物時，如果所用材料由于存放時間長而產(chǎn)生變質(zhì)，隨著運行時溫度、振動等的影響，將導(dǎo)致填充物變質(zhì)而流出盒外。

配膠時，必須嚴格按照工藝要求配置；此水電站中使用的灌注膠用6101環(huán)氧樹脂，聚酰胺樹脂650加入石英粉200目按100:30～50:100的重量在現(xiàn)場配置，石英粉過多會造成絕緣填料太濃，不容易灌注，且灌注后絕緣盒內(nèi)許多氣泡排不出來；石英粉過少會造成絕緣填料固化后機械強度不夠；聚酰胺樹脂過少會造成絕緣填料不容易固化；聚酰胺樹脂過多會造成絕緣填料固化時間短，且絕緣變脆、變硬，失去彈性，受振動或打擊時容易破裂；且在調(diào)配環(huán)氧樹脂膠前需先將石英砂干燥，并將環(huán)氧樹脂加溫40～50℃與石英砂攪拌均勻再加入固化劑，攪拌均勻后灌入，室溫固化約24 h。室溫固化劑的固化速度，與攪拌前加熱的溫度有關(guān)，將石英粉和樹脂攪拌均勻后要盡快趁熱用完，使用該種膠在加熱時，必須確保溫度的準確性，溫度過高則膠會在短時間固化造成膠的浪費，且在灌膠后收縮大，石英粉容易沉淀，最后導(dǎo)致膠體固化后開裂，線棒吸潮；溫度過低則膠的黏度太大，流動性差，在灌膠時會形成空隙和膠不滿，影響灌膠質(zhì)量。

灌注絕緣膠要有一定的步驟；灌注絕緣膠不能太快，一方面是由于太快了，絕緣填料還沒來得及滲入絕緣盒每一部位就溢出絕緣盒，另一方面會在接頭絕緣盒中留有氣泡，嚴重影響絕緣性能；并且灌膠不能一次灌滿，應(yīng)在不完全固化時分3次灌注，以免絕緣盒中的氣泡沒全排出來，影響絕緣水平。

4　絕緣盒流膠、開裂處理方法

（1）絕緣盒出現(xiàn)局部輕微裂紋，對繞組端部整體絕緣性能影響不大，但由于絕緣盒老化開裂現(xiàn)象隨著運行年限增加將逐步惡化，對表面輕微開裂的絕緣盒，將絕緣盒裂紋處的油漆剝開，對開裂處填補環(huán)氧膠，外包云母帶，并用環(huán)氧膠完全浸透，再用浸有環(huán)氧膠的玻璃絲帶纏繞，待膠完全固化后，表面刷絕緣漆，待絕緣漆干后，在絕緣盒表面貼上不同溫度點的示溫片，待下次檢修時檢查示溫片是否存在過熱現(xiàn)象，再決定是否更換絕緣盒。

（2）對于裂縫較大的絕緣盒，應(yīng)及時對其更換，在更換過程中檢查絕緣盒內(nèi)部的電接頭是否存在過熱的現(xiàn)象，必要時輔以渦流探測法和直流電阻的測試；如果是內(nèi)部接頭過熱造成絕緣盒裂縫，則應(yīng)對接頭進行重焊處理，處理完后再嚴格按照工藝要求重新灌注絕緣膠。

（3）輕微流膠的絕緣盒，將絕緣盒表面未固化膠清除干凈，用酒精對已固化膠表面及絕緣盒內(nèi)空隙進行清掃，嚴格按照絕緣盒灌注膠工藝要求進行調(diào)配、灌注，灌注膠齊平絕緣盒表面，在膠固化好后，在其表面刷絕緣漆。

（4）對于流膠嚴重的絕緣盒，應(yīng)考慮將絕緣盒拆除，重新灌注環(huán)氧膠。首先將絕緣盒破開，拆除絕緣盒，并將并頭套上的環(huán)氧膠清理干凈，用甲苯或酒精清掃接頭及絕緣盒。同時檢查絕緣盒的壁厚不得小于3mm，對于上端部并頭套的絕緣盒在堵環(huán)氧泥之前,選用合適的環(huán)氧樹脂板,上、下調(diào)整絕緣盒與并頭套之間的間隙,力爭做到前、后、左、右的間隙均勻,位置正確；再用環(huán)氧膩子將剪好的薄環(huán)氧板與上端絕緣盒間間隙密封。下部絕緣盒安裝時應(yīng)先在盒內(nèi)灌注1/3容積的環(huán)氧樹脂膠，慢慢托入下部接頭，調(diào)整好位置后用木楔固定。澆注環(huán)氧樹脂膠之前,絕緣盒與并頭套的間隙必須調(diào)節(jié)恰當,保證填充劑能夠均勻地流入絕緣盒,盡量消除內(nèi)部氣隙，灌注環(huán)氧膠嚴格按照工藝要求調(diào)配、灌注環(huán)氧膠，灌膠亦要有一定步驟，不能一次灌滿，應(yīng)在不完全固化時分3次灌注，以免絕緣盒中的氣泡沒全排出來，影響絕緣水平，所灌注環(huán)氧膠至絕緣盒上端面平齊。

5　結(jié)語

水輪發(fā)電機組定子線棒端部電接頭絕緣是發(fā)電機組絕緣系統(tǒng)重要組成部分，影響定子線棒端部電接頭絕緣的因素很多，在焊接定子線棒端部電接頭以及制作其絕緣時，每個步驟應(yīng)嚴格按照規(guī)范要求執(zhí)行；在出現(xiàn)定子端部絕緣盒流膠、開裂缺陷后，應(yīng)找出其產(chǎn)生缺陷原因之所在，從源頭上消除此類缺陷，保證機組的安全、穩(wěn)定運行。

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中圖分類號：TM85

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）02-0067-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.02.019

收稿日期：2014-09-23

作者簡介：劉揚（1985-），男，工程師，從事水電站發(fā)電機檢修工作。