水輪發(fā)電機定子繞組絕緣降低的分析及絕緣恢復方法探討

李燊

摘 要：引起水輪發(fā)電機定子繞組絕緣降低的因素一般有三個方面：（1）絕緣加工工藝問題；（2）絕緣老化或意外損傷；（3）受潮原因所致。定子繞組有良好的絕緣是確保發(fā)電機安全運行的關鍵之一，若在絕緣不良的狀況下運行是極危險的，在高電壓沖擊下，會導致繞組薄弱環(huán)節(jié)瞬間擊穿，造成繞組相間、匝間、對地等，嚴重時三者同時存在。故發(fā)電機定子繞組絕緣達不到要求后，必須對絕緣降低的原因進行分析和采取相應處理措施來恢復絕緣值。文章通過實例，闡述同類別發(fā)電機繞組絕緣降低的成因分析和處理措施。

關鍵詞：水輪發(fā)電機；絕緣恢復；發(fā)電機定子

西江坪水電站總裝機為2×3200KW，主接線采用擴大單元接線，發(fā)電機出口端電壓6.3kV，于1997年底投入運行。由于該站地處桂北山區(qū)，受亞熱帶氣候影響，春、夏兩季陰雨天氣多，電站周圍環(huán)境空氣濕度大，發(fā)電時間受季節(jié)性影響開停機頻繁，這對發(fā)電機繞組絕緣影響是很大的。

2002年3月份的停機維護后，開機前用2500V兆歐表測量發(fā)電機定子繞組絕緣時出現(xiàn)，15秒時絕緣電阻值僅有300MΩ，60秒時僅有500MΩ，雖然吸收比為1.67符合《電力設備設備預防性試驗規(guī)程》規(guī)定的要求（吸收比K≥1.3），但絕緣電阻值已降至很低，不能滿足開機建壓的要求，必須設法使絕緣電阻值恢復要求。經嘗試采用在發(fā)電機進出風口和機坑內各放置一臺2500W的電爐，將進出風口端蓋關上，利用發(fā)電機空轉產生的風將潮氣帶走，使絕緣電阻值恢復，這一方法達不到預期效果。于是，根據(jù)發(fā)電機電氣接線和機組情況進行分析，采用發(fā)電機定子繞組短路干燥方法進行試驗。

具體操作步驟為：

（1）將發(fā)電機首尾端分別短接（首端短接點在發(fā)電機母線與主變低壓側電纜連接處），并將主變低壓側電纜甩開；（2）將發(fā)電機端電壓互感器和勵磁變甩開；（3）切除主變差動保護，將用于主變差動保護的電流互感器5LH副邊短接；（4）讓發(fā)電機在額定轉速下空轉；（5）用直流焊機作它勵電源給轉子加入勵磁電流，控制發(fā)電機定子電流逐步升高，使定子溫升保持每小時5～8度范圍，最高溫度不能超過80度；（6）干燥一定時間后，逐步降低定子電流，使定子繞組溫度以每小時5～8度下降至常溫并停機；（7）測量定子繞組絕緣值，滿足開機建壓最低要求后（15秒1000MΩ、60秒1300MΩ，K≥1.3），恢復正常接線，短路干燥結束。

這種方法有一點是需特別注意的，考慮到有利于干燥接線，我們將首端的短接點選在5LH前端，5LH與8LH是用作主變差動保護的，根據(jù)變壓器縱差動保護的接線原理可知，若5LH副邊不短接，進行短路干燥時，5LH原邊會有電流流過，其副邊必將有感應，并通過8LH副邊構成電流通路，8LH副邊流過電流后，勢必在其原邊產生感應，并通過與其連接的主變低壓側構成通路，這樣主變就成了8LH的負載，這顯然會造成8LH過熱而損壞，為機組安全運行埋下事故隱患。

采用短路干燥的方法恢復發(fā)電機定子繞組絕緣，雖然效果明顯，但其技術要求較高，操作較為繁瑣，而機組停機一段時間后，其絕緣電阻值又降至很低，頻繁采用短路干燥方法，不僅耗費人力，還會增加發(fā)電機組機械部分的磨損、加快定子繞組絕緣的老化，縮短發(fā)電機的使用壽命。為進一步摸清造成定子繞組絕緣降低的原因，打開發(fā)電機兩側端蓋進行檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機內部有很多粉塵，但未見絕緣老化及其他異常情況。由此分析，電站周圍存在冶煉企業(yè)，冶煉產生的大量粉塵飄浮在空中，機組運行時，大量粉塵經發(fā)電機風口吸入發(fā)電機內部，并附著在定子、轉子繞組表面，這些粉塵都是含有一定金屬元素的。停機后，附著在繞組表面的粉塵，不斷吸收周圍空氣中的水分，組成弱電解質并離解生成離子，加快了水分對繞組絕緣的侵入和促使絕緣提高熱老化的速度，使其絕緣電阻值迅速下降。在摸清成因后，采取如下措施進行處理。

首先將發(fā)電機轉子吊出，用專用工具和無水氣泵吹掃去轉子、定子繞組上附著的粉塵并拭擦干凈，接著用酚醛絕緣漆浸漬、烘干，以提高繞組絕緣性和防潮性。而后裝設自動防潮裝置，該裝置主要由加熱部分、控制部分組成。根據(jù)發(fā)電機體積及散熱情況，共設計加熱容量9KW，由8塊紅外線元件分四路組成，每組0.75KW，分別固定在發(fā)電機兩側通風口蓋板內和發(fā)電機坑適當?shù)奈恢谩ＭC后發(fā)電機出口負荷開關輔觸點閉合，同時加熱自動投入，轉子盤車轉動下，熱量向四周擴散均勻受熱，由熱電阻探頭測到模擬量，傳輸給溫控儀進行比較、調節(jié)，達到了恒溫的目的。在此考慮到絕緣等級及絕緣材料的極限工作溫度，一般設定在50℃～60℃為佳。設定太高則促使絕緣材料老化，太低則達不到干燥防潮目的。控制箱設定在主控室，通過遙控、遙測，值班人員可以了解發(fā)電機定子溫度，得知加熱電流，判斷越警一系列情況。在加熱中轉子還要保持一定的盤車速度，每分鐘100轉左右，以防轉子受熱不均對機組產生振動，也有利于發(fā)電機內部溫差的自動調節(jié)。

該裝置投運以來，定子繞組絕緣值都處在1500MΩ以上，吸收比也高出了標準。此種方法既不會太大增加值班人員的工作量，對機組的磨損也不大，較短路干燥方法相比，操作程序簡單了很多，技術要求也降低了，而效果也比較好。