拉西瓦水輪發電機絕緣結構特點

盧 春 蓮

（哈爾濱大電機研究所，哈爾濱 150040）

拉西瓦水輪發電機絕緣結構特點

盧 春 蓮

（哈爾濱大電機研究所，哈爾濱 150040）

拉西瓦水輪發電機是黃河流域上高海拔單機容量最大的水輪發電機。本文對其電機絕緣系統進行研究和分析，為今后國內巨型水輪發電機的絕緣系統優化提供技術參考。

拉西瓦水電站；絕緣結構；定子繞組；磁極繞組。

前言

拉西瓦水輪發電機額定輸出功率700MW，額定電壓等級18kV，是黃河流域上單機容量和電站裝機總容量最大的水電站，也是目前國內單機容量最大的水電機組。拉西瓦水輪發電機的絕緣結構與三峽、龍灘等電站的結構相似，但經過技術引進、消化吸收和再創新，即三峽左岸機組從ALSTOM公司引進技術、到龍灘機組的聯合制造和安裝，再到拉西瓦電站的完全獨立承包和制造，機組的絕緣結構設計不斷優化，而且積累了三峽和龍灘多臺機組的實際安裝運行經驗，后期的技術文件作了相應的改進，應該說拉西瓦的絕緣結構是更加完善的。另外，值得一提的是：拉西瓦電站位于黃河上游地區，發電機層海拔約 2240m，它的繞組防暈要求要高于三峽和龍灘等機組，哈電公司在設計如此大容量電機定子線棒時也進行了相應的考慮。至目前，拉西瓦機組全部安裝完畢，基本投入發電運行，針對這樣位于高海拔地區的大容量的水電機組，是值得我們對技術進行總結的，以便對以后設計大容量機組的絕緣結構提供依據。

本文通過定子鐵心、定子繞組和轉子繞組三個部分中相關的絕緣問題展開扼要的分析與說明。

1 鐵心硅鋼片漆部分

定子鐵心由0.5mm厚的優質冷軋薄硅鋼片疊成，為減小渦流損耗，片間涂有F級絕緣漆。三峽左岸機組采用了進口的Voltatex E1151A水溶性半無機漆，拉西瓦機組哈電已經應用了完全國產化的 133C環氧聚酯酚醛半無機硅鋼片漆。這種漆從性能上看優于普通水電機組上使用的9166、9163有機漆，經試驗室試驗和工地安裝證明，耐潮濕、抗銹蝕性能更好，完全能滿足大型水電機組的要求。133C環氧聚酯酚醛半無機硅鋼片漆和進口漆的性能基本一致，主要技術指標對比見表1。

表1 進口和國產硅鋼片漆性能比較

2 定子繞組部分

拉西瓦水輪發電機繞組采用波繞方式連接，全空冷方式冷卻。此冷卻方式冷卻效率比水冷稍差，但克服了水冷機組的設計和輔助設備復雜，特別是水路部分出現生銹和滲漏現象，不易維護和修理；水內冷定子線棒加工難度大，定子線棒制造中易出現股間短路和空心線變形等缺點。從應用角度來說，空冷方式機組安裝簡便，維修工作量小，可靠性高，事故率較低，起停機方便，二次運行費用低，年利用小時數較高等優點，更加受到用戶的青睞。圖1和圖2是三峽左岸和拉西瓦的定子繞組槽部結構簡圖。

圖1 三峽左岸定子繞組槽部結構

2.1 槽部結構

2.1.1 電磁線絕緣

三峽左岸繞組的銅導線中有不銹鋼空心導線，電磁線采用漆包單滌玻燒結銅扁線。拉西瓦繞組則全部由絕緣厚度為 0.21mm的雙滌玻燒結電磁線構成，電磁線絕緣厚度同三峽左岸相同，全部實現了國產化，性能十分優異，已經廣泛被采用在各種大型發電機上。

2.1.2 羅貝爾換位線圈結構

為減小股線在槽部的環流損耗和漏磁損耗，線圈在整個槽部采用 Robel法進行換位，三峽左岸機組含有空心導線，采用 360°全換位方式。拉西瓦機組則采用了適合空冷方式的不滿 360°非全換位方式。此外，拉西瓦線棒的換位絕緣、排間絕緣、填充絕緣等材料都采用國產化材料。

2.1.3 改善場強措施

線圈角部場強集中是發生絕緣擊穿的主要原因。據統計，95%以上的擊穿事件發生在角部。為了改善電場分布，定子線圈中采用了一種新結構，就是增加了內屏蔽層，這種結構將換位導體絕緣所承受的場強限制到很低的水平，相對提高了絕緣的介電強度，延長了主絕緣的壽命。三峽左岸水輪發電機定子線圈的內屏蔽層采用的是進口半導體材料，而拉西瓦定子線圈則采用了國產半導體材料，不但降低了成本，還簡化了制造工藝。

圖2 拉西瓦定子繞組槽部結構

2.1.4 主絕緣

主絕緣采用的是多膠環氧玻璃粉云母帶，經過機械連續包繞，應用模壓固化工藝制造而成。這種F級桐馬環氧粉云母主絕緣從 80年代初研制并投入使用,具有20多年的運行經驗，具有穩定優良的機械、電氣和熱性能。近年來隨著電機容量增加，絕緣厚度的減薄，對主絕緣性能要求也越來越高，因此，哈電與配套材料廠家一起在主絕緣、防暈材料，模壓工藝等方面不斷進行改進，各項材料性能指標和定子線圈試驗結果達到令人滿意的結果，哈電的多膠模壓、一次成型主絕緣防暈體系廣泛應用二灘、三峽和龍灘等高壓大型水輪發電機組上。

2.1.5 槽內固定結構

拉西瓦槽內固定采用“Round Packing”安裝工藝，即半導體無紡布夾半導體硅橡膠繞包線棒表面后推入槽內固定。這種方法的優點是：彈性接觸，安裝時降低線棒受損的概率；增加線棒與鐵心的接觸點，可以有效地降低槽電位；固定牢靠。這種槽內固定方式具有傳統固定方式無法比擬的優點，目前在水輪發電機上已經開始廣泛應用。另外，發電機定子繞組槽內固定采用了波紋板、半導體高強度層壓板，以增加槽內線棒固定的徑向預應力及軸向固定力，可徹底消除定子繞組在長期運行后出現松動下沉現象，提高電機長期安全運行的可靠性。

表2 定子單根線圈電氣絕緣性能

2.2 端部結構

2.2.1 端部防暈結構

拉西瓦、三峽和龍灘等大型機組線圈端部采用多級防暈處理，這種結構對改善線圈端部表面場強分布具有明顯的效果。它們不同于普通機組的一個特點就是整個端部（包括連接線、銅環引出線等）都進行了防暈處理，這也為國內今后開發巨型水輪發電機提供了參考方案。

三峽機組海拔不超過1000m，額定電壓20kV；而拉西瓦機組海拔 2240m，額定電壓 18kV，參照標準JB8439-1996《高壓電機使用于高海拔地區的防電暈技術要求》進行修正，拉西瓦的防暈設計要求達到了22.73kV。從這一點上來說，拉西瓦的絕緣設計，特別是防暈設計，要比三峽機組苛刻。哈電公司在三峽左岸的基礎上，對拉西瓦繞組端部防暈設計作了進一步改進和完善，使之能夠達到相應的技術要求。實際的制造效果表明這種設計方案是十分成功的，這也是哈電目前設計和制造的單機容量和等效電壓級別最高的正式產品（700MW/22.73kV）。

2.2.2 端部固定結構

繞組端部絕緣固定系統包括各種墊塊、浸漬滌綸氈、玻璃絲纖維綁扎帶、軟端箍、絕緣盒、引線固定支架等部件。軟端箍是由玻璃絲繩和樹脂組成，端箍與繞組的間隙（包括繞組之間的部分間隙）可通過玻璃絲繩內的樹脂膨脹來填充，繞組端部可自由伸縮并達到線圈與端箍的最佳配合狀態。

絕緣盒采取的是封閉灌注膠方式，這種結構固定牢靠，絕緣效果好。因為三峽左岸機組定子是水內冷方式，三峽左岸機組采用的是空心套筒式絕緣盒結構，此結構易于維護，一旦線圈水盒部位出現漏水，拆卸簡單；但運行時由于感應磁場的存在易吸附灰塵，因而對環境要求較為苛刻。

3 轉子部分

3.1 磁極絕緣

拉西瓦的轉子磁極結構是在原來三峽機組的基礎上形成的，如圖3所示。當時三峽磁極最初的設計和制造效果應該說不是十分理想。在出廠試驗和工地安裝時，多個磁極出現爬電現象。哈電在后續轉子磁極設計中總結經驗，并對一些薄弱之處作了改進，如增加絕緣密封材料、增加了角絕緣、簡化引出線絕緣工藝等，應該說經過三峽、龍灘的磁極制造，哈電在拉西瓦的磁極設計和制造非常成功。

圖3 拉西瓦轉子磁極絕緣結構示意圖

4 結論

（1）拉西瓦機組的絕緣結構設計是繼三峽機組之后的又一個典范，是由技術引進、消化吸收到再創新的產品范例。也是哈電完全脫離外方，獨立承包、設計、制造的第一個700MW等級的水電機組。

（2）拉西瓦是黃河流域上單機容量最大的水電機組，電站位于高海拔地區，發電機繞組的防暈絕緣結構設計要求高于三峽和龍灘機組。在某種意義上，堪稱目前哈電制造的等效電壓級別最高的水輪發電機（拉西瓦700MW/防暈設計等效電壓22.73kV，三峽700MW/20kV，龍灘700MW/18kV）。

（3）拉西瓦、三峽等水輪發電機的順利投運，為以后1000MW/24kV水電機組的絕緣結構設計和定子線棒制造打下了良好的基礎，提供了有利的技術保證。

Characteristics of the Insulation System of Laxiwa Hydrogenerator

LU Chun-lian
(Harbin Institute of Large Electric Machinery, Harbin 150040, China)

Laxiwa hydrogenerator has the largest unit capacity in the area of yellow river with high elevation. This paper studies on its insulation system, in order to give technical reference for the future optimization for insulation system of huge hydrogenerator.

Laxiwa hydropower station; insulation system; stator winding; magnetic pole winding

TM303.4

B

1000-3983(2010)01-0010-03

2009-10-15

盧春蓮（1959-），1982年畢業于哈爾濱理工大學絕緣材料專業，現從事發電機絕緣技術工作，任哈爾濱電機廠有限責任公司副總工程師。