44.双水内冷发电机定子端部故障现场处理及分析预防3

双水内冷发电机定子线棒绝缘损伤现场处理及端部故障分析预防 119
双水内冷发电机定子线棒绝缘损伤现场处理
及端部故障分析预防
张 斌
（四川华电西溪河水电开发有限公司）
摘 要：50MW 双水内冷发电机定子线棒出槽口处主绝缘受发电机出口短路电磁力作用断裂的现场处理工艺，发电机定
子线棒端部故障原因分析及预防措施。

关键词：发电机定子线棒 端部故障 现场处理 分析预防
攀枝花发电公司装有4台50MW 双水内冷汽轮发电机组及2台135MW 空冷汽轮发电机组。

50MW 机组均为我国70年代初期的产品，由于受当时形势的影响，制造时在线圈结构，端部紧固措施等方面，考虑抗震、防磨及应具备的机械强度不够，在运行中暴露出多种问题，我公司以新庄站2号机问题尤为突出。

新庄站2号发电机型号SQF-50-2 50MW，定子额定电压10.5KV，额定电流3440A，冷却方式双水内冷，定子线圈主绝缘为黄绝缘结构，1973年3月北重出品，1977年4月安装移交我厂生产使用。

该机投运以来，多次发生漏水、端部松动、脱落黄粉、电腐蚀严重等缺陷，在运行中曾经受过3次出口短路冲击，其中前两次未造成后果，事后检查试验顺利通过，但危害一定是存在的，只是暂时没反应出来。

1990年7月定子上层线棒第21槽在小修预试直流试验1.5Ue 时击穿进行更换处理，在更换线棒过程中发现几处黄粉，端部绑线少量垫块松动。

1996年9月定子上层线棒第15槽、第32槽在大修前直流试验2Ue 时击穿更换，同时处理了几处端部铁芯松动缺陷。

1999年7月及2002年4月两次分别因受潮严重损坏主绝缘及出口短路大面积线棒绝缘击穿，更换了大量线棒。

2002年4月定子线棒绝缘击穿事故中上层线棒全部取出，下层线棒取出10根进行修复处理，部分更换。

2003年7月请都江堰电力修造厂主持更换了76根新线棒（有6根下层线棒是2002年4月才更换的新线棒，此次未更换）。

2006年8月16日2号发电机开始计划大修，8月19日吹干定子线圈内水后测绝缘三相均超过5000M Ω，绝缘合格，修前试验做直流耐压时励端靠控制室侧18槽上层出槽口处线棒绝缘击穿（B 相），抽出转子将该槽线棒从B 相断开后对其余线棒做耐压试验又陆续发现A、C 两相有线棒绝缘击穿，估计上层线棒大部分都存在绝缘缺陷。

上层线棒全部取出后做直流耐压试验只有1、7、22、23号四槽通过，其余38根均在励端出槽口处击穿（其中有两根16、17号汽端出槽口处也有击穿点），检查发现线棒出槽口约30-40
㎜处宽边及窄边主绝缘均有明显裂纹，测下层线棒绝缘合格，做耐压试验通过。

历次的抢修，使我们逐渐掌握了在现场更换发电机定子线棒的工艺流程及技术要求，在这里我们着重于定子线棒端部故障的现场处理及分析预防，这对我们新机组的检修维护工作也是十分重要的。

一 50MW 发电机定子线棒出槽口处主绝缘裂纹的现场处理
从新庄站2号发电机2006年8月定子线棒故障的现象来看，上层38根线棒均在励端出槽口约30-40㎜处主绝缘均有明显裂纹，而下层线棒无损坏。

因此，故障的主要原因应该是端部固定不牢（该发电机为下层线棒直接绑扎在支撑块上，上层线棒绑扎在上下层间垫块上，无压板结构），同时运行中曾发生出口短路，上层线棒出槽口绑扎最薄弱处受切向及径向电磁力作用造成绝缘断裂，因未伤及铜线，故障线棒可在现场进行处理后重新嵌入使用。

对上层42根线棒做2.5MPa 1小时水压试验合格后进行故障线棒的修复处理，先用锋钢铲刀铲除损坏的绝缘层，在裂纹处沿周向铲至底见实心铜线长约20㎜，注意用力不能太猛，以免伤及实心扁铜线，然后分别向两边铲出长约60㎜的斜边剖口，斜面应尽量平滑，不能有较大的凹凸断层，斜边应保证足够的长度，以便新旧绝缘的搭接，保证足够的绝缘强度。

缠云母带前先在底层刷环氧树脂胶，缠云母带时应沿剖口斜面逐渐向上层层搭接好，用力适度均匀，约半叠包14层，稍高出老绝缘，注意不能高出太多，以保证成型后尺寸与铁芯槽的配合，既要便于下槽，又要防止线棒松动，外包聚四氟乙烯薄膜，便于拆模具。

处理好的线棒要立即上模具热压成型，模具根据线棒形状、截面尺寸及新包绝缘长度制作，采用XMJ 250V 500W 120×60㎜电加热器，丝杠拉马手动加压，线棒截面尺寸56.4×28㎜，热压时间为1小时，温度在150-170℃之间，注意模具靠线棒侧表面必须保证足够的光洁度，每次使用前都
发电机本体 第二届全国发电厂电气专业技术交流研讨会论文集
必须认真清理表面，仔细检查有无毛刺、杂质等，以免人为造成线棒绝缘缺陷，热压过程中应认真检查巡视，防止温度过高或过低，影响线棒绝缘强度。

热压完成后测线棒尺寸，保证厚度在28㎜，尺寸若偏大可用铲刀或细锉修整。

修复好的线棒按标准进行防晕处理，做3Ue直流耐压及2.5Ue交流耐压试验，合格后绑好层间垫条，画好中心线准备嵌装。

嵌装线棒时，为了加强端部机械强度，用Φ8㎜涤玻绳加强了端部层间垫块的绑扎，恢复槽口扇形垫块后又在出槽口处用 Φ10㎜涤玻绳增设了一道加强环，抢修结束后发电机一次启动成功，运行正常。

二 发电机定子线棒端部故障原因分析及预防措施
（一）、总结国内一些发电机端部绝缘故障，定子线棒端部故障发生的主要原因有：
1 早期制造的发电机定子端部固定结构与工艺不良，压板数量少，弓形引线长，振动大，致导线疲劳断裂及空心导线漏水。

检查发现，短路和漏水的线棒绝大部分为端部靠近两块压板间未压住的线棒或引出线。

2 多数发电机的故障部位在端部引线接头脱壳严重的手包绝缘与模压绝缘搭接的区域内。

手包绝缘固化工艺不良，绝缘分层严重，导线间填充又不严实，引线绝缘的整体性差，电气强度降低。

3 水电接头的模压绝缘未伸进绝缘盒内，造成铜线裸露，而这些裸露的铜线外面仅覆盖一层由盒中挤出的环氧泥。

运行中环氧泥出现裂缝，加之机内油污等因素，易造成表面电气强度降低。

4 一些事故发电机的定子端部绕组加固用的Φ20㎜涤玻绳表面脏污，受潮后，起着相间线棒短路的搭桥作用。

5 绝大多数发电机的密封瓦结构存在问题，运行中普遍漏油，加上机内杂质脏污，使线棒表面间介质的耐电强度下降。

（二）、定子线棒端部故障的分析及防止措施
1 定子绕组端部的固定工艺结构需作改进
①改进定子端部绕组的固定方式，防止引线出现100HZ的固有频率，导致铜线疲劳断裂和损伤绝缘。

近来已采取的加固措施：将端部支架和压板由原18块增加至27块，且为宽压板，在想念压板间加装切向支撑梁；在上下层线棒鼻端之间的直线部位分别装设造形组合撑块，支撑梁 与组合撑块问，用浸渍环氧树脂的涤玻绳绑紧。

②改进定子端部绕组的鼻端和引出线绝缘工艺结构，防止水接头绝缘盒铜线外露，引出线绝缘固化不良，股线问填充不严，以致表面电位升高和股线松动断裂危及绝缘。

2 对密封瓦油中进水问题应予高度重视
认真改进密封瓦设计和制造质量是解决密封瓦漏油的根本措施，此外，高度和检查时应认真调整轴封间隙。

模拟试验表明，漏入机内的含水油对定子绕组绝缘强度有较大影响。

空气介质下1个大气压力=问距20-25㎜的实际交流击穿电压为25-31.8KV，说明在运行中额定电压下不会发生击穿。

而当喷油状态，含水率为0.9%，在交流电压16KV下即击穿；含水率为0.3%时则不击穿，充分表明含水油结间隙气体击穿强度的严重影响。

3 严格控制机内的空气湿度，可在发电机热风室加装湿度计进行不间断检测。

4 每次检修严格检查定子绕组端部
端部电磁振动力随着发电机容量的增大而上升，振动幅值增高，同槽内上下层线棒为同相，上层线棒的电磁力为下层线棒的3倍。

端部构件固定元件因设计或工艺不良容易松脱，造成绕组鼻部及引线再现较大的切向和径向振动，甚至是二倍频振动。

从发电机定子端部绘声绘色及运行条件来看，励侧端部是定子最为薄弱的环节，该处包括有手包绝缘的鼻端接头及引线，其绝缘水平远低于线棒直线模压部分，容易发生击穿事故。

此外，发电机在运行时，端部线棒出槽口及鼻端部位承受较大的电磁力和扭矩，容易出现绝缘磨损故障，加之端部有支架、绑环、绑绳及压板等固定部件，造成空问狭窄，局部存有异物很难发现。

从定子端部出槽口直线段、鼻端和渐开线三个地段，接运行中承受的电磁力和扭矩来看，出槽口直线段和鼻端最为簿弱，其中前者承受电磁力最大。

发电机在运行中通常出线槽口及鼻端容易发生绝缘磨损和铜线疲劳断裂。

发电机频繁起停，使槽口处线棒反复多次承受热机应力作用（包括拉伸和挤压热机应力），也会造成槽口处绝缘断裂。

5 防止机内遗留金属异物的防范措施
国产汽轮发电机中，有的端部固定结构薄弱，运行中常出现压板、端部支架、引线及汇水环固定用的螺母、螺栓楹动、脱落的异常现象，给发电机安全运行带来来严重威胁。

有的端部、绕组还出现100HZ回有频率的整体模态，加剧了绕组的振动。

因此，端部紧固件应逐个检查，并采用合理的防松止退结构，如锁片由单锁必为双锁片等。

安装及大修时要建立严格的现场管理制度，防止锯条、螺钉、螺母、工具等金属杂物遗留在定子内部，特别应对端部线圈的夹缝，上下层渐开线线棒之问作详细检查，必要时在安装和大修后借助内窥镜对肉眼无法观察到的部位逐个进行认真检查。

新安装机组一般投运一年后作第一次大修时，应把检查端部紧固件（如压板紧固的螺栓和螺母、支架固定的螺母和螺栓、引线夹板的螺栓、汇水管所用卡板和螺栓等）是否松动、脱落，以及铁芯边凋硅钢片有无断裂等作为主要检查内容。

因为运行后制造工艺不良而引起的上述缺陷最容易在第一次大修中暴露出来。

加强对工作人员的安全教育，用事故实例说明小小金属异物给发电机带来的严重后果。

6 采用表面电位法检查发电机定子绕组端部绝缘缺陷
用表面决位法检查发电机定子绕组端部绝缘缺陷具有灵敏度高，能有诳检出局部缺陷和端部微渗漏水等一系列优点，多年来在各电厂获广泛应用。

有些端部绝缘盒由于制造中存在先天质量缺陷，同时运行中接头被油浸入后，
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表面电位有升高的现象，而擦油后电位有所下降，为了准确及较灵敏地发现绝缘缺陷，对于接头绝缘盒等测量部位要求在不清洗状态中进行试验的目的就在这里。

运行机组绝缘正常时表面电位应在1000-3000V范围内。

三 总结
发电机端部绝缘故障发生的主要原因是制造工艺质量问题。

据不安全统计，1993-1995年，国产300MW发电机有6台次因定子端部线棒固定绑扎不良，水电接头绝缘盒制造质量不良等原因引发了相间短路事故。

总之，提高发电机运行可靠性，保证发电机安全满发的根本途径首先是提高产品（包括配套设备）质量，其次是提高运行维护及
安装检修水平。

此外，发展旨在及旱发现发电机运行中存在的潜伏性故障，防止突发性事故发生，减少事故损失的在线监测和诊断的技术装备亦是十分必要的，如发电机局部放电监测、定子绕组端部振动监测等。

参考文献：
1、汽轮发电机故障检查分析及预防（中国电力出版社）
2、电机检修（中国电力出版社）
3、四川华电攀板花发电公司新庄站2号机2006年8
月定子线棒绝缘损伤现场抢修技术记录
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