科技论文发电机定子绕组线棒绝缘击穿修复及工况改善

发电机定子绕组线棒
绝缘击穿修复及工况改善
巴陵石化有限责任公司热电事业部设备室杨国旭
摘要：本文提出了发电机机组定子线棒绝缘击穿修复的办法，并对我部发电机目前的工况提出改善意见，对今后我部发电机运行维护及提高系统安全可靠性有一定的指导意义
关键词：发电机定子绕组线棒绝缘击穿工况改善在线监测
一、前言
发电机不论在运行中还是在大修的高压试验中，如果发生定子线棒绝缘击穿的事故，就需要更换备品线棒。

这将使发电机被迫停止运行或延长检修的时间，给生产带来很大损失，为此我们应该努力提高运行、检修的质量，以减少这种事故的发生。

而当发生这种事故后，又应尽快地恢复。

造成发电机定子线棒绝缘击穿的原因很多，例如线棒固定得不好，由振动而造成线棒绝缘严重的磨损；长期过负荷造成线棒过热或铁芯损坏使线棒局部过热；运行中的过电压使线棒的绝缘击穿；短路故障、非同期并列使线棒受到过大的电动力冲击，引起槽口处绝缘的损坏；由于匝间短路发展到对地或相间短路等，都会引起定子线棒绝缘击穿。

有的机组，由于运行日久，绝缘受各种外界因素的作用已经普遍老化时，也会使发电机发生线棒被击穿的事故，这时除了更换击穿的线棒外，还应安排计划进行恢复性大修，将全部线棒重新绝缘。

二、概况
热电事业部电气系统共有7台发电机，装机总容量102MW，10KV 系统共有6台发电机，6KV系统1台发电机，2004年10月8日#3发电机按周期进行计划检修，10月9日对发电机定子绕组C相做大修前交流耐压试验，当电压升到12.18KV时，过流继电器动作，试验仪跳闸，经再次测量其绝缘电阻为0，因此判断C相线圈线棒有击穿点,导致定子一点接地。

该发电机投运于1971年，大修周期2～4年，上次大修时间为1998年11月，型号QF-12-2，空冷，容量12000KW，额定电压10500V，励磁电压181V，额定电流825A，励磁电流237A，Y接线，极对数1，跨距19（1～20），槽数48，相数3，并联支路数1，每槽导线数4，端部绝缘为黄绝缘即环氧混云母绝缘，定子绕组为双层叠绕组；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。

以下为大修前定子交接试验数据：
1．定子直流电阻(mΩ)
AX：24.81 BY：24.23 CZ：24.14
2．定子绝缘(mΩ)
直流耐压前直流耐压后
AX-BYCZ(地) 1000/4500 2000/5500
BY-AZCZ(地) 1800/4500 1600/4500
CZ-AXBY(地) 2500/5000 1800/4800
3．直流耐压试验时，试验电压为2.5Un=26.25KV
A相持续一分钟时，泄漏电流10.5μA；
B相持续一分钟时，泄漏电流8.5μA；
C相持续一分钟时，泄漏电流7.7μA；
4．交流耐压试验，试验电压为1.3Un=13.65KV,球击穿电压15.3KV A相持续一分钟时，充电电流、低压侧电流合格；
B相持续一分钟时，充电电流、低压侧电流合格；
C相在加压到12.18KV时试验仪跳闸，再测C相绝缘为零，球隙正常；
初步结论：经检查试验方法正确，因此#3发电机组定子线圈C相交流耐压不合格，有击穿现象。

三、击穿点查找
再次确认定子C相线圈绝缘不合格后，开始寻找故障点。

我们采取电流加热法和红外线测温法查找击穿点，即给C相线圈加电压（约12V 左右）、电流（约5A左右）一段时间后，用红外线测温仪测量线棒温度，经仔细确认发现31槽线棒中间部位温度明显高于其它线棒温度，用粉笔做好标记，同时做好C相线圈标记；接着将C相线圈31槽分支路用火焊烫开其首、尾接头，用绝缘摇表进行测试，仔细观察记录绝缘摇表读数，读数不合格的那组线圈即为故障线圈。

经测试，第一次烫开的支路绝缘正常，在第二次烫开另一支路时，摇表读数显示绝缘不合格，并明确故障点在31槽下层线棒。

四、修复实施
1、确定方法。

确定方法确认故障线圈的击穿点在31槽下层线棒后，为了修复击穿线棒，只能拿出31槽下层线棒，但由于跨距为19（1～20），因此必需拿出31槽到12槽之间的19个上层线棒。

注意：若查处击穿点在上层线棒，则只需拆除击穿线棒本身更换为
备品线棒就可以了。

2、取出线棒
先拆除端部有关的固定零件，如压板、垫块、扎带等，且这些零件在拆下前应做好记号，以利装复，打出31槽至12槽之间线棒所在槽的槽楔、剥去它们接头处的绝缘，并用火焊烫开接头。

为了减少线棒的损坏，应该用直流电焊机直接向线棒通电流进行加热，以增加沥青胶的塑性，使线棒变得较软，便于取出。

加热的温度为80℃左右，这可以利用在线棒表面涂白蜡来判断，待白蜡熔化后稍等一会即表示温度已到。

从线棒两端直线部分间的空隙处入手，先将两端慢慢地稍微抬起，如线棒较紧，用手抬不起来的话，可以用软质绳索或带子从槽口处上、下层线棒间穿过、绑在扛棒上抬起，当把线棒两端抬起到靠近端部的铁芯通风槽处、上下层线棒间能穿过绳索时，可用专用工具内Φ0.5钢丝作为引线，将绳索从通风处穿过上、下层线棒，绑在扛棒上，慢慢地抬起。

这时先前的一根绳索应放长到不受力，如此逐步从两端将槽部慢慢抬起。

当整根线棒被抬起相等高度后，可将原来穿的绳索松开，安装取出线棒的工具，即将绳索按同样的松紧绑在一根和线棒等长的钢管上，利用横担上的螺杆把线棒均匀拉出，并放到专门存放地。

需要取出的19个上层线棒全部取出后，再取出已击穿的下层线棒，检查击穿点在线棒主绝缘棱角处。

3、其余线棒的检查与试验。

检查余下的线棒应完好，与已击穿线棒相连的接头应该进行清理。

余下的下层线棒（或底线）和其它线棒，对其进行进行交流耐压试验，耐压值为1.3Un即13.65KV，实际加压值13.55，耐压试验合格。

4、备品线棒的检查和试验。

检查备品线棒的宽、高尺寸是否符合要求，备品线棒的接头部分应当清理干净，然后对备品线棒外层包铝铂纸逐个进行交流耐压试验，耐压值为1.5Un为，并确认试验合格。

5、取出线棒的检查和试验
检查取出的线棒应完好，并进行清理。

对其外层包铝铂纸逐个进行进行交流耐压试验，耐压值为1.3Un即13.65KV，实际加压值13.55，耐压试验合格。

6、线棒入槽。

入槽前应再检查一次槽内是否清洁、中间垫条要垫好，尺寸须符合
要求，并且线棒汽、励两端的方向，再将线棒端部的渐伸线放平，使已加热的备品线棒从定子的励端慢慢进入。

注意不可使线棒的直线部分与端线起弯处的绝缘被擦伤。

线棒进入定子膛后，应即转动到嵌线的方向，准备入槽。

入槽时线棒的两个侧面必须与铁芯槽的两个侧面平行，以防止绝缘被槽口擦伤。

入槽时，先将线棒的一端入槽，并将该端上、下层间的端部垫块拆下，借助这些垫块的空隙，使另一端线棒入槽时有足够的地位，以免线棒与相邻线棒端线的绝缘相互摩擦而损伤，一端入槽后，再向直线部分加压，使全部线棒逐渐入槽。

7、线棒的压紧、固定。

待线棒全部入槽后，检查并调整两端的伸出长度至符合要求后，再向线棒的直线部分均匀加压，将线棒压紧。

压紧线棒可用螺杆千斤顶，即在线棒上垫以长条层压板做成的垫板，用千斤顶有槽的一端压住垫板，另一端顶在定子铁芯上，拧动手柄将线棒压紧。

线棒压紧后即可垫好端部上、下层间的垫块，调整好端线间隙，再垫好端线间垫块并扎紧或装好压板，拧紧螺丝。

待线棒冷却后再拆下千斤顶及垫板，检查槽内是否有异物，垫好楔下垫条，打进槽楔。

用同样的方法将取出的面线逐一嵌入。

8、焊头、涂漆、试验。

线棒固定后，应按规定标准对嵌入的备品线棒和放进的其它线棒分别进行一次交流耐压试验，耐压标准为1.5Un和1.3Un。

合格后即可进行焊头，包接头绝缘，配接头处垫块，并在接头、垫块、扎带处涂绝缘漆和护面漆等工作。

9、检查和整体试验。

在检修结束后，应对发电机的冷、热风道和工作现场进行一次检查和清理。

检查定子风道内有无遗物，特别应认真整理工具，查明确无工具遗留在机内。

并按以下试验安排表做整体试验
序号试验项目试验时间交流
耐压
标准
1 对备品线棒交流耐压试验备品线棒加热前 1.5Un
2 对已取出的线棒做交流耐压试验取出面线后 1.3Un
3 对余下线棒做交流耐压试验取出面线后 1.3Un
4 对换上的备品底线和再嵌入的面
线做交流耐压试验面线全部嵌入后
1.5Un
1.3Un
5 绝缘电阻、吸收比、直流耐压、直
流泄漏、直流电阻、交流耐压
全部工作结束 1.3Un
以下为修复后定子交接试验数据：
1．定子直流电阻(mΩ)
AX：23.90 BY：23.92 CZ：23.93
2．定子绝缘(mΩ)
直流耐压前直流耐压后
AX-BYCZ(地) 1700/3000 1700/3000
BY-AZCZ(地) 2000/4000 2000/4000
CZ-AXBY(地) 1800/3500 1800/3500
3．直流耐压试验时，试验电压为2Un=21KV
A相持续一分钟时，泄漏电流13μA；
B相持续一分钟时，泄漏电流7μA；
C相持续一分钟时，泄漏电流8μA；
4．交流耐压试验，试验电压为1.3Un=13.65KV,球击穿电压15.3KV A相持续一分钟时，充电电流、低压侧电流合格；
B相持续一分钟时，充电电流、低压侧电流合格；
C相持续一分钟时，充电电流、低压侧电流合格；
结论：#3发电机组定子线圈C相交流耐压合格，修复成功。

五、工况改善
从本次#3发电机大修整个过程和试验数据可以看出，发电机定子线圈安全可靠性评估局部放电试验和介电强度试验虽然合格，但均偏大，这说明发电机定子绕组的绝缘水平已经有一定程度的下降，如果本次线棒击穿发生在发电机运行期间没能及时发现，很可能导致我部电气系统发生严重事故，对公司安全生产也将造成严重后果，同时发电机转子在做匝间短路试验时，已经发现多处轻微匝间短路，由于不易处理，今后也会对逐渐对发电机无功出力有一定影响，严重时转子绕组绝缘会烧毁，铜线也会烧毁，其运行工况非常不容乐观。

为此特提出以下建议以改善工况：
1、引入发电机状态监测装置
随着设备制造工艺的进步和传感技术、计算机技术的发展，石化系统和电力系统已经逐步在改变检修方式，即变计划检修为状态检修，目前湖南省电力系统已经在湘潭电厂、东江电厂、长沙电业局主设备开展试点工作，随着该项工作的推进，相信我部开展状态检修也是今后必然
的发展方向，而状态检修的主要手段之一就是引入状态在线监测装置，该装置已具备以下功能：
⑴、发电机定子局部放电在线监测；
⑵、负序和谐波在线监测；
⑶、转子绝缘在线监测；
⑷、发电机局部过热在线监测；
⑸、发电机转子匝间短路在线监测；
⑹、温度、工况在线监测；
虽然状态监测还没有普及，但如果时机成熟，可以在#1、2、3机试点装设，作为一项重要的运行检测辅助手段。

2、加快我部#1、2、3发电机安全可靠性评估，完全了解#1、2、3机绝缘情况；
3、加强维护和运行监视，即提高检修质量和试验准确性，加强运行人员对发电机定子、转子绝缘情况的监视，做好应急准备工作；
4、加大我部发电机的更新改造申报力度，加快改造步伐，提高发供电能力，尽快实施提高公司电网安全可靠性的有力措施，淘汰超周期运行机组；。