發電機組定子繞組整體下沉處理與分析

許玉忠

(烏魯瓦提水力發電廠，新疆 和田 848000)

烏魯瓦提水電廠總裝機容量4×15MW，機組使用SF15－14/3250型三相凸極同步水輪發電機，額定電壓為10.5KV。該型發電機組定子鐵芯外徑3250mm，高1200mm，采用扇形硅鋼片交錯迭制而成，軸向長度內分為24段，段間共有徑向通風溝23個。定子繞組為迭繞組，采用B級絕緣，共144個，股線采用雙玻璃絲包扁銅線棒(SBEB－40/130)，主絕緣采用多層半迭包的環氧粉云母帶，在主絕緣外面平包一層玻璃絲帶，再在外面刷一層防暈漆。線棒嵌入鐵芯后，用槽楔固定于定子線槽內，繞組兩端綁牢在端箍上。繞組接成雙Y形，主引出線和中性引出線各3根。定子繞組裝配及槽內結構如下圖1所示。

圖1 定子繞組裝配及槽內結構示意圖

1 定子繞組下沉問題的發現

2號發電機組于2000年12月正式投運，2005年對4臺發電機組進行第一次A級檢修，檢查定子繞組正常，安全運行至今。2009年底對2號機組進行了第二次A級檢修中檢查發現，發電機定子繞組整體下沉。

對2號機定子初步檢查時發現個別槽楔松動，槽楔空啞聲明顯。進一步仔細檢查，發現以下情況:

1)根據上次檢修噴漆中，定子繞組線棒與槽楔下端接合面漆面痕跡的向下位移，有10－15mm的未噴漆線棒移出。

2)安裝時定子繞組上端部與下端部伸出鐵芯長度一致，實際測量，上端部為335－340mm，下端部為345－350mm，伸長偏差值為10－15mm。

3)安裝時端箍固定在支持件卡口正中位置，但實際測量端箍向下位移至距卡口中心10－15mm處。

結合以上幾個方面綜合分析判斷，定子繞組與以前相比較，整體下沉了10－15mm。同時檢查發現，繞組與端箍綁扎繩松動較為明顯，繞組間工字間隔片綁扎繩有約1/3松動，槽楔綁扎繩有明顯松動，有5處槽楔襯墊有移位現象。槽楔兩端空啞聲為1/2，中間部分空啞聲為2/3。定子機座和鐵芯及支持件無任何位移和變化。對機組的各項試驗數據(直流電阻、絕緣電阻、直流泄漏、交流耐壓)與運行至今歷次實驗數據相比無明顯變化。

2 定子繞組下沉問題的原因分析

因定子繞組線棒嵌入鐵芯后，用槽楔固定于槽中，繞組兩端綁牢在端箍上。根據裝配的結構，槽楔對繞組的固定起決定性作用，經檢查也發現部分槽楔襯墊有移位現象，槽楔兩端及中間部分空啞聲均超過了標準規定的1/3、1/2的要求。據此判斷，繞組整體下沉的主要原因是:

1)因和田電網網架薄弱，2008年以前未與新疆主電網聯接，為孤網運行。而烏魯瓦提水電廠是和田電網的主力電源，由于電網穩定性較差，且無大容量主電網的支持，電網故障時無充足的備用容量。一旦出現故障或事故跳閘直接沖擊烏魯瓦提水電廠的發電機組。據統計，2號機從開始運行至2008年累計受沖擊達200余次。

2)受和田電網負荷多為民用負荷的影響，早中晚時段性強，機組在多數時間處于低負荷狀態下運行，機組運行在振動區的時間增大。

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3)在定子繞組出廠時槽楔安裝未達到應有工藝要求，加之新疆氣候非常干燥，定子線棒的絕緣帶及絕緣漆等長期脫水干燥收縮，從而造成槽楔松動，對定子繞組的緊固力不夠。

3 定子繞組下沉問題的危害分析

按定子繞組下沉的運行現狀分析，定子和轉子之間相對電磁切割的有效面積并未改變，從而對機組的出力未造成影響，這也是雖然定子繞組整體下沉但一直未對機組正常運行造成影響的原因。但是考慮到機組長年運行，定子繞組如果繼續下沉，線棒和定子線槽及槽楔之間產生硬摩擦，加之槽楔松動后帶來線棒松動，在電磁力的作用下將產生震動，將對定子線棒的絕緣層產生破壞。且由于線棒與線槽槽壁間隙增大，其二者之間的電位差也較大，易產生局放電，長時間作用造成線棒絕緣燒損劣化，使槽部電腐蝕。［1－2］如果此時定子線棒存在絕緣薄弱部分，造成絕緣擊穿。無論是繞組匝間或是對鐵芯(地)短路，所產生的熱效應和機械效應，都將對定子繞組和鐵芯造成嚴重損壞。［3］另外，隨著定子繞組的下沉，定子繞組上端部高電位區距鐵芯的距離進一步縮短，如果距離小于10cm時，有可能造成繞組對鐵芯(地)放電。因為定子繞組端部的短路事故具有突發性和難于簡單修復的特點，損失往往極為巨大，因此必須采取有效措施加以防止。［4］

4 定子繞組下沉問題的處理

定子繞組下沉問題的處理，首先要參考電氣試驗數據，如果試驗數據異常，表明下沉已經對定子繞組絕緣造成實質性破壞，這樣只能拆除定子線棒，處理后重新組裝。基于2號定子繞組各項實驗數據與運行至今歷次試驗數據比較無明顯變化，確認下沉并未對定子線棒絕緣造成破壞的實際情況。既要保證消除隱患，保證機組長期安全運行，又要考慮經濟性和可操作性，充分參考發電機組生產廠家的處理建議并溝通后，采取將槽楔退出，提升線棒，再緊固槽楔的方案。具體處理方法如下:

1)鏟除槽楔綁扎繩。

2)分段將定子繞組固定，利用下擋風板、千斤頂、絕緣板等對繞組下端進行墊緊固定。

3)鏟除端箍綁扎繩及線圈間隔片等妨礙線圈移動的緊固點。

5)鏟除引線絕緣，斷開連接點，利用該點及引出銅排，通入直流電，電流約為600－800A左右，時間約為15－20分鐘，待線圈溫度升至約80度時翻出面層線。

6)利用機座上端鋼管做支撐，在線圈鼻部穿入綁扎繩，并用槽楔插入其中旋轉，慢慢抬起線圈，底部用千斤頂向上托頂。

7)提升至所需高度后，嵌入面層線。

8)焊好連接點，恢復引線絕緣。

9)利用增加調節槽楔下墊條，打緊槽楔，其要求為兩端、中間部分空啞聲分別不超過1/3、1/2。

10)重新綁扎槽楔綁扎繩、端箍綁扎繩，可加固綁扎繩兩道。

11)對工字間隔片綁扎繩重新綁扎，并對所有新綁扎繩等刷絕緣漆。

12)按檢修后標準做各種測試、試驗，如空啞聲、電氣試驗等，驗證修復過程對定子繞組絕緣是否造成破壞。

5 定子繞組下沉處理的工具及材料

處理所需的工具及材料有:剪刀、榔頭、扳手、鏟刀或木工鑿子、直流加熱電源、氧氣、乙炔及小號焊槍、Φ50鋼管或其他替代物、千斤頂、厚絕緣板(約1000×300)、毛刷、氈墊。廠家提供的配套槽楔、墊條(厚度 0.2、0.5、1.0、1.5mm，寬 24.8mm，長度1270mm)、Φ3、Φ5滌玻繩、環氧云母絕緣帶、滌綸帶、石棉布、銀銅焊條等。

6 處理前后試驗數據對比

1)定子槽楔空啞聲檢查，是對處理施工中定子槽楔的緊固度進行檢驗，檢查結果見表1，如存在空啞聲應標出該空啞聲所處具體位置，并重新處理，直至合格。

2)定子繞組電氣試驗，是對定子線棒的主絕緣和繞組整體絕緣在處理過程中是否收到破壞進行檢驗。其檢查項目包括對定子繞組的直流電阻、絕緣電阻、直流泄漏、交流耐壓等試驗。［5］電氣試驗檢查結果見表2。通過表中數據可以看出，定子線棒提升回原位，定子槽楔得到了緊固，定子繞組絕緣也未受到破壞，滿足規程規范及實際運行的要求。

7 處理中的注意事項及工藝要求

1)在現場打緊槽楔中發現，中間段槽楔每段如采用原安裝尺寸240mm，很難保證槽楔空啞聲的要求，為保證槽楔的緊固度，將每段槽楔長度改為120mm。

2)在施工過程中，要嚴格按照施工方案及檢修工藝要求施工，把每個槽楔的空啞聲控制在不超過每根槽楔長度的1/3內，保證了槽楔松緊度在規定范圍內。槽楔的緊固度通過調整槽楔下面所墊的墊條厚度，通過不同厚度墊條的組合，保證槽楔的緊固度。

3)槽楔的緊固度，不宜過松，但也不宜過緊，如果槽楔過緊，有可能對線棒的主絕緣造成破壞，所以槽楔的松緊要靠經驗和手感來控制，一般來說，在打槽楔時每錘下去，槽楔前進的長度應控制在5－10mm范圍內。如感覺槽楔過松或過緊均要退出槽楔，重新調整墊條的厚度至合適。

4)處理中應注意現場的安全管理和質量管理，一方面因空間狹小，要提醒工作人員注意人身安全及設備安全。防止砸到手，落物傷人，還應特別注意榔頭不能碰到線棒及絕緣層，確保定子線棒不受損傷。由于槽楔有144槽，共有720余段，為控制施工質量，每裝好一段槽楔后，都要及時檢查空啞聲，不滿足要求的及時返工，以保證完工后的槽楔空啞聲滿足要求。

表1 定子槽楔空啞聲檢查表

表2 定子繞組電氣試驗檢查表

8 結論

在對定子繞組整體下沉問題的處理過程中，通過電氣試驗確定定子繞組的主絕緣未受到下沉的破壞，既要保證處理后設備長期運行的安全性滿足要求，又要考慮經濟性和可操作性，從而審慎地制定出處理方案。得以使2號發電機組的定子繞組恢復到原來位置，并在處理的過程中保證了定子繞組主絕緣的良好，通過處理后近2年的運行觀察，復測數據未發現定子繞組有再次下沉的現象。定子繞組整體下沉問題在其他水電廠運行中并不多見，因此對定子繞組整體下沉問題的判斷和處理具有一定的實踐指導意義。

［1］邱毓昌，施圍，張文元.高電壓工程［M］.西安:西安交通大學出版社，2003.

［2］劉云.水輪發電機故障處理與檢修［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.

［3］機械工程手冊編輯委員會.電機工程手冊(第4卷)［M］.北京:機械工業出版社，1982.

［4］白亞民.發電機定子繞組端部動態特性試驗的實踐意義和標準掌握［J］.電力設備，2003，4(1):57 －59.

［5］中華人民共和國電力工業部.電力設備預防性試驗規程 DL/T596 －1996［S］.北京:中國電力出版社，2010.