水輪發電機定子絕緣盒開裂流膠缺陷分析及處理

韓 波，李香華

（中國長江電力股份有限公司，宜昌 443002）

水輪發電機定子絕緣盒開裂流膠缺陷分析及處理

韓 波，李香華

（中國長江電力股份有限公司，宜昌 443002）

本文介紹了某大型水電站發電機定子絕緣盒開裂流膠缺陷情況，從絕緣盒和填充膠的材質、性能及運行工況等方面對缺陷原因進行了分析，并提出了有效檢測及處理措施。

絕緣盒；流膠；開裂

0 前言

國內某水電站，裝有我國20世紀80年代初期自行設計、自行生產的軸流轉槳式水輪發電機組，1981年7月第一臺機組并網發電，至今已運行30多年。由于充沛的來水量，使得其機組長期處于滿負荷工況下運行，平均每年的運行小時數大于6000小時，機組及其部件出現不同程度的老化現象。近年來，多臺機組發電機定子絕緣盒出現流膠、開裂現象，且現象相對普遍，成為影響發電機安全穩定運行的重要隱患。

1 絕緣盒流膠開裂缺陷現象描述

電站機組發電機冷卻方式為全空冷，采用無風扇雙路徑向通風系統，定子為六瓣組裝結構，定子繞組并頭套采用錫焊工藝，絕緣盒材質為酚醛玻璃纖維壓塑料4330-1，內部灌注796環氧樹脂膠。近年來，發電機內部檢查發現多臺機組存在不同程度的絕緣盒流膠、開裂現象，其中1981年至1983年投運的機組情況較為嚴重。

1.1 絕緣盒開裂現象

對開裂現象嚴重的絕緣盒剖開后進行檢查，絕緣填充膠未發現開裂現象，填充膠性質未見明顯變化，絕緣盒整體無松動、無過熱跡象，將填充膠清理干凈后檢查，發現定子接頭無過熱及放電跡象，定子接頭直流電阻測試數據正常。

圖1 開裂嚴重的絕緣盒外觀及剖開檢查照片

1.2 絕緣盒流膠現象

對流膠現象嚴重的絕緣盒剖開后進行檢查，發現絕緣盒填充膠存在蜂窩狀孔洞，填充膠顏色異常，有分層現象，且未見明顯石英砂成分。將填充膠清理干凈后檢查，發現定子接頭無過熱及放電跡象，定子接頭直流電阻測試數據正常。

2 絕緣盒開裂流膠缺陷原因分析

2.1 絕緣盒開裂原因分析

絕緣盒材質為酚醛玻璃纖維壓塑料 4330-1，4330-1酚醛玻璃纖維壓塑料是以聚乙烯醇縮丁醛改性的苯酚、苯胺、甲醛樹脂為粘接劑，以短切無堿玻璃纖維增強的熱固性壓塑料，其機械強度較高，絕緣性能良好，具有優良的耐濕、耐溫和防腐性能。影響酚醛玻璃纖維壓塑料4330-1性能穩定性的重要反應是氧化降解反應，當材料長時間受到熱和空氣的氧化作用，會引起材料交聯、硬化、收縮和應力裂縫，氧化降解反應至一定程度可使絕緣盒開裂，外觀上也會發生顯著變化，顏色加深、光澤減退、表層疏松，其強度也將下降。對開裂嚴重的絕緣盒剖開后檢查情況看，絕緣盒內表面存在顏色加深等現象，可以判定開裂絕緣盒發生了一定程度的氧化降解反應。

圖2 流膠嚴重的絕緣盒外觀及剖開照片

圖3 開裂絕緣盒剖開后內部氧化降解照片

從開裂嚴重的絕緣盒剖開后檢查情況看，絕緣盒兩側與并頭套間距不一致，環氧填充膠厚度嚴重不均勻，使得絕緣盒在長期運行時出現溫度不均勻的情況，溫度較高部位氧化降解現象將會更加突出；同時，絕緣盒在運行溫度與室溫之間熱脹冷縮過程中，絕緣盒所受應力也會存在不均勻的現象，局部所受應力較大且絕緣盒較薄弱部位將更易出現裂紋現象。

綜上分析，絕緣盒開裂缺陷是由材料氧化降解、安裝工藝控制不到位及運行年限久遠等諸多因素引起。

2.2 絕緣盒流膠原因分析

絕緣填充膠796由環氧樹脂、固化劑、填料等組成的流動性較好的混合物，澆注后于室溫下固化，其材料、配比及特性如表1所示。

環氧樹脂6101為低相對分子質量的雙酚A型環氧樹脂，其軟化點為12～20℃，根據不同的固化劑，環氧樹脂固化物有不同的耐熱性，環氧樹脂6101加入固化劑593后固化物熱變形溫度為80～105 ℃。如果環氧樹脂與固化劑混合不均勻，或配比不合適，都將使環氧樹脂和固化劑反應不完全，從而造成部分環氧樹脂未完全固化，其軟化溫度將更低。

表1 絕緣填充膠796配比及特性

發電機采用無風扇雙路徑向通風系統，具有結構簡單、運行可靠、維護方便等優點，但也存在定子鐵心、定子線棒的軸向溫度分布不均勻的問題，由于在定子端部往往存在一定的通風不良區，致使定子端部溫度相對較高。對機組定子線棒進行溫升分布試驗，試驗證實線棒下端部溫度比中、上部普遍要高，從而在機組運行中，定子端部局部溫度可能達到填充膠軟化溫度，出現變形流膠現象，絕緣盒流膠位置多分布在定子下端，也與線棒溫度分析相吻合。

由于發電機定子為六瓣現場組裝結構，通過對現場絕緣盒流膠位置進行分析，發現絕緣盒流膠現象大多分布在定子合縫槽位置，鑒于定子合縫槽位置絕緣盒為現場安裝，其余絕緣盒為出廠前統一安裝，由此可分析得出，絕緣盒開裂與現場機組安裝時施工工藝有一定關系。進一步對流膠嚴重的絕緣盒填充膠進行測試發現，填充膠放入丙酮后有溶解現象，可以判定填充膠固化不完全，由此可以分析，機組絕緣盒安裝過程中填充膠攪拌不均勻、不徹底，或者組份比例不合適，造成填充物固化不完全，也是出現絕緣盒流膠缺陷的一個重要原因。

綜上分析，絕緣盒流膠缺陷是由環氧填充膠耐熱性不高，且安裝工藝控制不到位致使未完全固化等原因造成。

3 絕緣盒開裂流膠缺陷檢查及處理

3.1 外觀檢查

對發電機端部進行全面檢查，包括檢查線棒端部有無損傷，線棒端部污染情況，端頭絕緣盒是否有裂紋以及灌注的環氧膠是否存在軟化流出現象，用小錘敲擊端頭絕緣盒有無發空脫殼現象等，從而判斷絕緣盒開裂流膠缺陷嚴重程度。

3.2 絕緣盒流膠開裂缺陷處理

根據現有絕緣盒缺陷情況，結合現場實際，模擬絕緣盒缺陷進行試驗。鏟開某機組185槽絕緣盒但未傷及內部填充絕緣，以模擬絕緣盒開裂但內部填充絕緣未貫穿的情況；鏟開某機組209槽絕緣盒，并用鉆頭在開裂處鉆開內部填充絕緣直至露出并頭套，以模擬絕緣盒開裂且內部填充絕緣貫穿情況；鏟開某機組215槽絕緣盒露出并頭套，然后用云母帶半疊繞包扎一層，以模擬絕緣盒開裂且內部填充絕緣貫穿，采取云母帶半疊繞包扎處理后的情況?，F場試驗測量數據見表2。

表2 絕緣盒開裂缺陷試驗測量數據

通過表2試驗數據分析，發現在絕緣盒輕微開裂而內部填充膠未損傷的情況下，額定電壓下端部局部泄漏電流數據不能測到，說明機組在絕緣盒輕微開裂而內部填充膠完好的情況下運行時，絕緣盒開裂處外移電位較小，對繞組整體絕緣性能影響不大，但在1.5倍和2倍額定電壓下，電位外移較明顯；絕緣盒貫穿性開裂的情況下，額定電壓下局部泄漏電流值達到10μA，折合成電壓為1000V，在高于一倍額定電壓下泄漏電流值快速增長，說明絕緣盒內部填充絕緣貫穿性缺陷對機組安全穩定運行的危害較大，應及時進行處理；絕緣盒貫穿性開裂經包扎云母帶處理，對減小缺陷處局部泄漏電流，阻止電壓外移效果明顯。

通過上述分析，對于開裂嚴重的絕緣盒，及時進行更換絕緣盒處理，對表面輕微開裂的絕緣盒，考慮到絕緣盒老化開裂現象隨著運行年限增加將逐步惡化，用浸有環氧膠的云母帶和玻璃絲帶包扎，防止缺陷進一步惡化。

對開裂流膠嚴重的絕緣盒解剖后，采取大電流壓降法檢測線棒端部接頭焊接狀況，測量結果判定線棒端部接頭焊接部位均不存在缺陷，因此，輕微流膠對填充膠絕緣性能影響不大，為防止缺陷進一步惡化，采用局部刷膠封堵方式進行處理；絕緣盒流膠嚴重會使得絕緣性能降低，同時運行中可能出現因絕緣膠軟化導致絕緣盒脫離事故，及時進行了更換新絕緣盒并重新灌注耐熱型填充膠處理。

更換絕緣盒時應嚴格控制安裝工藝，絕緣盒與并頭塊之間的前、后、左、右間隙調節均勻恰當，保證填充膠能均勻地流入絕緣盒，盡量消除內部氣隙，同時將填充膠充分攪拌均勻，確保完全固化。

鑒于絕緣盒開裂缺陷與絕緣材料性能、安裝工藝及運行年限久遠等因素有關，為徹底消除該缺陷，需對絕緣盒及填充膠進行更新改造。利用機組改造增容機會，對絕緣盒及填充膠進行了優化改造，絕緣盒采取環氧層壓玻璃布板材質，填充膠采取AB組分耐高溫環氧樹脂膠，其常溫固化可耐溫150℃至220℃，瞬間可耐溫280℃以上高溫，具有較好的耐熱性能與機械性能及較高的反應活性。通過上述改造，從根本上消除了絕緣盒開裂及填充膠軟化流膠的缺陷。

4 結語

文中所述電站水輪發電機組絕緣盒開裂、流膠缺陷，檢查分析與絕緣材料性能、安裝工藝及運行年限久遠等因素有關，通過嚴密跟蹤檢查，對嚴重者進行了及時處理，確保了機組安全穩定運行，同時利用機組改造增容契機對絕緣盒及填充膠進行更新改造，對其他水電站具有較好的借鑒意義。

[1] 馬卡安, 董繼斌, 蘇燕民, 吳新強. 150MW 水輪發電機定子端部絕緣缺陷處理[J]. 湖北水力發電,2009, 3.

[2] 賈秋穎, 郭喜祥, 劉玉瑩, 王凌東. FX 系列酚醛玻璃纖維模塑部標準驗證報告[J]. 工程塑料應用,1993, 1.

[3] 賀勝利, 李新峽. 發電機定子端部絕緣盒脫落的處理[J]. 電力安全技術, 2006, 5.

[4] 陳文添. 淺談水輪發電機定子端接頭絕緣與處理[J]. 大電機技術, 2001, 4.

[5] 周尚禮. 青溪水電廠 3號發電機定子相間短路事故分析與處理[J]. 廣東電力, 1998, 1.

[6] 沈如涓, FX—501、FX—503塑料老化性能的考察[J]. 工程塑料應用, 1978, 2.

審稿人：滿宇光

Analysis and Treatment for Filler Leakage and Cracking of the Insulating Box at the Hydrogenerator Stator’s Ends

HAN Bo, LI Xianghua
(China Yangtze Power Corporation Ltd., Yichang 443002, China)

This paper describes the defect of filler leakage and cracking of the insulating box at the generator stator’s ends, analyze the cause of the defect from the material, performance and operating conditions of the insulating box and the filler，and describes the measures of detection and treatment.

insulating box; filler leakage; crack

TM312

A

1000-3983(2014)03-0050-04

2013-05-23

韓波（1964-），2007年畢業于華中科技大學電氣工程專業，碩士，現從事水電站檢修技術與管理工作，高級工程師。