大型水輪發電機定子端部絕緣盒故障分析

晏桂林，劉黎明

(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007；2.湖南鳳灘水力發電廠，湖南 懷化 445500)

大型水輪發電機定子端部絕緣盒故障分析

Faults analysis of insulation box at stator's ends for large-scaled hydro-generator

晏桂林1，劉黎明2

(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007；2.湖南鳳灘水力發電廠，湖南 懷化 445500)

結合某電廠一例水輪發電機定子端部絕緣盒的缺陷，通過采用對該發電機進行直流電阻測試、表面電位檢測及直流耐壓試驗等，分析缺陷產生原因，并描述了其處理結果。

水輪發電機；絕緣盒；表面電位；裂紋

某水力發電廠5號發電機型號為SF200－48/ 11810，定子線圈為F級絕緣。2013年，在發電機組實施A級檢修中發現定子端部絕緣盒出現大面積貫穿性裂紋，且電位檢測嚴重超標和存在明顯放電，成為機組安全運行的重大設備隱患。

1 故障簡介

2013年12月8日，在對該發電機定子和鐵芯進行清洗工作中發現部分定子上下端部絕緣盒出現裂紋。裂紋絕緣盒數量多、分布廣、長度不一，部分絕緣盒裂紋可見其內部絕緣膠體，應為貫穿性裂紋。初步統計出現裂紋絕緣盒數量上端部約305個，下端部約104個，裂紋部位大部分集中在發電機定子內圈側。

2 故障原因分析

發電機端部絕緣盒主要作用在于端部線圈的固定及端部線圈絕緣，從出現裂紋的狀況來看，可能原因有:端部焊接頭發熱變形導致膠體膨脹形成故障；端部絕緣盒灌膠未按工藝施工引起的故障及絕緣盒本身質量問題引起的故障等，為分析故障產生原因，對該發電機多項試驗數據進行了分析〔1〕。

2.1 發電機直流電阻數據分析

對該發電機歷年來檢修過程中開展的直流電阻測試進行分析，數據見表1。

表1 發電機定子繞組直流電阻數據分析 Ω

從歷年檢測的試驗數據來看，2006—2013年對該發電機定子繞組進行9次直流電阻測量，從數據的變化趨勢可看出，直流電阻變化不大，且各年測試結果趨勢基本一致，符合試驗標準和規程要求，據此，可初步排除定子端部焊接質量問題。

2.2 發電機泄漏電流數據分析比較

對該發電機歷年來檢修過程中開展的泄漏電流測試數據進行分析，數據見表2。

從表2中數據可以看出機組投運后歷年預防性試驗中直流泄漏試驗數據未見異常。泄漏電流因環境因素略有差異，但總體趨于平衡狀態，直流泄漏電流試驗合格。據此，該發電機端部絕緣雖有缺陷，但尚未發展成對地放電等惡劣故障，因此運行中并未出現異常。

表2 發電機定子繞組直流泄漏數據分析

2.3 發電機端部絕緣盒表面電位試驗分析

在綜合分析該發電機投產前現場施工環境、安裝工藝以及投產后歷年試驗檢測數據并結合檢修經驗的基礎上，認定絕緣盒出現裂紋故障的原因系原填充膠灌注工藝缺陷導致膠體出現間隙或裂紋所致，為判斷絕緣盒本身的絕緣質量及各線圈端部目前的絕緣狀況，決定參照火電機組端部電位試驗方法對發電機定子端部絕緣盒進行電位測量〔2〕。檢測測量結果發現發電機上端部324個絕緣盒中，存在放電現象的絕緣盒共51個，電位超過3 000 V有34個，其中測量最高電位達11 000 V；下端部468個絕緣盒中，存在放電現象的絕緣盒有96個，電位超過3 000 V的有52個，其中測量最高電位達11 600 V。共檢測出發電機定子端部電位異常絕緣盒共計191個。

為了解發電機故障絕緣盒內部狀況，進一步確定故障原因，決定對發電機上端部電位檢測數據異常且放電明顯的3個絕緣盒進行解體檢查，解體后的結果如圖1所示。

從圖1絕緣盒解體后的情況可以看出，故障表現最嚴重的絕緣盒內部存在膠體未全部灌滿的情況。

圖1 絕緣盒解體狀態圖

綜合以上數據分析認為該發電機定子端部絕緣盒裂紋以及表面電位異常的主要原因為以下幾點:

1)絕緣盒本身材質和質量原因，延展性及強度均不能滿足現場要求。

2)絕緣盒內填充膠因原灌注工藝或膠配比問題，致使部分絕緣盒內與線棒之間膠體填充不實形成空氣間隙，并完全依靠絕緣盒絕緣 (絕緣盒壁厚4 mm)。一旦絕緣盒出現裂紋后，在施加直流電壓作用下，空氣被擊穿形成間隙放電，從而導致定子端部表面電位異常或放電現象。

3)發電機定子絕緣盒在安裝時工藝控制不嚴，絕緣盒灌注膠在盒內分布不均，致使部分絕緣盒內壁與線棒之間形成的膠體絕緣層太薄，無法滿足絕緣要求。

3 處理結果

結合故障原因，現場對電位超標絕緣盒進行了更換后重新注膠處理，處理完后重新開展了各項測試試驗，結果合格。

本次水輪發電機端定子部絕緣盒裂紋隱患的成功治理，不僅及時消除了安裝過程中施工工藝及設備質量不過關帶來的安全隱患，同時進一步加強了發電機端部的絕緣強度。

〔1〕周尚禮，張定浩.青溪水電廠1號發電機定子端部絕緣盒處理〔J〕.廣東電力，1998，11(5):35-36.

〔2〕李效仁.水輪發電機定子端部絕緣問題處理 〔J〕.水電站機電技術，2001(3):8-9.

〔3〕趙海軍.水輪發電機定子絕緣盒灌注膠未固化的處理 〔J〕.上海大中型電機，2014(1):62-63.

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.02.009

TM853；TV737

B

1008-0198(2015)02-0033-02

晏桂林 (1983)，男，湖南長沙人，工程師，從事發電機、變壓器等一次設備管理工作。

2014-10-09

2015-01-12

劉黎明 (1971)，男，湖南懷化人，高級技師，從事發電機、變壓器等一次設備管理工作。