近尾洲電站定子線棒改造

李聲寶，朱紅平，周 軍，姜曉峰

（1.東芝水電設備（杭州）有限公司，浙江 杭州310020；2.五凌電力近尾洲電廠，湖南 衡陽 421127；3.湖南五凌電力科技有限公司，湖南 長沙410004）

0 前言

近尾洲水電站為湘江干流中游梯級開發的第7級電站，位于湖南省衡陽市衡南、祁東、常寧2縣1市交界處，距衡陽市區約75km，屬于低水頭河床式日調節電站，電站裝機容量63.0MW，3臺21.0MW貫流式機組，于2002年3月3臺機組全部投產發電，機組為進口產品。

近尾洲電站發電機定子采用貼壁式結構，額定電壓10.5kV，絕緣等級F級，定子槽數480槽，繞組為整距繞組，采用波繞組形式布置，每極每相槽數為q=2，定子繞組斜槽一個齒距，絕緣厚度為2.2mm（包括低阻防暈層）。

經14年運行后，發現各臺定子線棒均有不同程度的電腐蝕，槽楔亦有脫落現象，定子繞組溫升較高，電站為確保機組安全運行，決定對定子線棒及其絕緣體系進行重新設計和制造，原發電機組為進口產品，對定子線棒電氣性能要求非常高。改造設計時因機組仍在運行，無法對改造所需的參數進行詳細測量調查，原設計圖紙也不全，對局部改造來說增加了不小的難度，故設計和制造時需要經過深入調查和研究分析。

1 發電機基本參數和設計要求

發電機基本參數如表1所示。

表1 發電機基本參數表

定子線棒改造的具體要求：

（1）尺寸：絕緣厚度2.2mm（包括低阻防暈層厚）。

（2）擊穿電壓：≥70kV，擊穿場強≥35kV/mm。

（3）局部放電：10.5kV 時，≤ 500PC。

（4）介 損：初 始 值 0.2UN時，tanδ≤ 1.0%；△tanδ （0.6UN-0.2UN）≤0.5%；熱態介損：0.6UN時，≤6%。

2 磁場及溫度場的有限元解析情況

為分析原機組溫升偏高，是否存在設計問題，以及改造前后機組情況的比較，對發電機定轉子部分進行了有限元解析，圖1～圖4是幾種改造后的典型解析結果。

圖1 局部剖分網格

圖2 額定運行時磁力線分布

圖3 標量磁感應強度分布圖

圖4 進相深度0.95時矢量磁感應強度分布圖

解析結果表明，磁場的分布沿氣隙分布均勻，磁密大小合理，滿足工程設計要求。

整體溫度場分布、局部溫度場分布及線棒局部溫度場分布如圖5所示。

原機組定子繞組下線方式采用定子線棒插入鐵心槽內后，向槽內灌注半導體硅膠，從而填充間隙的方式，采用該種下線方式時，若能有效填充滿線棒與鐵心之間的間隙則效果尚好，但如果注膠沒有充分填滿空隙，當線棒和鐵心之間存在空氣隙時，則會出現線棒導熱效果降低，溫升偏高，槽內線棒表面出現微小放電并產生電腐蝕。

圖5

發電機采用貼壁式結構，定子部分的熱傳導為：定子線棒→定子鐵心→定子機座→河水。由圖5可知，定子機座和定子鐵心外徑側溫度很低，被河水有效冷卻，定子線棒僅靠槽底側溫度較低，而氣隙側則溫度偏高，冷卻效果不是很理想，進而推斷定子線棒與定子鐵心之間的熱傳導不良。

分析可知若采用可減小定子線棒與定子鐵心之間間隙的下線方式，同時槽內填充材料采用高導熱材料，應能達到改造目的，因此近尾洲電站改造設計時，定子線棒槽內固定方式采用高導熱的半導體材料、螺旋包繞下線方式，以改善熱傳導、減小槽內鐵心與線棒之間的間隙，達到降低定子線棒溫升的目的。

通過對定子部分的溫度場解析，對比改造前和改造后可知，線棒溫升可降低5K以上，滿足了合同要求。

3 改造定子線棒電氣性能

隨機選取試驗線棒，對試驗線棒進行了各項電氣試驗，對定子線棒是否滿足性能要求進行驗證，表2～表4列出了幾項典型的電氣試驗結果。

定子線棒下線完成后，對發電機定子槽電位進行了測量，所有測量數據都小于1V，遠優于國標要求的小于10V，說明螺旋包繞下線方式能明顯降低線棒與鐵心之間的間隙，從而可提高散熱效果，避免槽部電暈腐蝕。

表2 介損測量

表3 局部放電測量 單位：PC

表4 擊穿試驗

從上述幾項試驗結果來看，雖然電氣性能要求非常嚴格，通過選用性能優越的單面補強材料以及高導熱半導體硅膠材料和絕緣體系的優化，最終生產的線棒能滿足性能要求，并達到非常好的效果。

4 改造后運行情況

目前一臺機組已經完成定子線棒改造，運行了半年以上，運行情況良好，并經歷了汛期和夏季的考驗。橫向與另外幾臺沒有改造的機組進行對比，改造機組的定子線棒溫度明顯低于其他機組，在沒有滿負荷運行情況下，溫度比其他機組低5℃左右，推算帶滿負荷時，溫度約低7℃，與分析結果接近，達到了改造的目的。

5 結語與展望

隨著機組運行時間的增加，絕緣壽命將達到年限，或者隨著流域水力參數的變化，機組希望增容等都將使得發電機組有局部或整體改造的需求。機組在改造時需要充分調查分析，由于絕緣水平和制作能力提高以及新技術的發展，如果其他部件有足夠余量，僅僅更換定子繞組也能達到增容改造的目的。這樣既能達到改造的目的，又能節約大量資源和成本。

通常需改造機組已經運行有一定的年限，若僅僅更換定子繞組，需要檢查定子鐵心是否完好無損，是否存在短路點，是否存在翹曲、生銹、疊片松動等現象。通過對鐵心表面的檢查、清洗以及鐵損試驗合格后，方能確定定子鐵心可以保留使用。

近年來，采用槽內灌膠方式的某些進口發電機組出現了定子線棒溫升過高以及電腐蝕現象，甚至導致短路擊穿事故，通過本項目的改造，能夠非常有效降低溫升，避免電暈產生，提高了機組的安全可靠性，為類似發電機組改造提供借鑒意義。