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水輪發電機主絕緣損壞原因探析及解決措施

摘要:發電機主絕緣損壞故障嚴重影響著中小型水輪發電機的健康可持續運行,給當地經濟社會發展帶來了不利影響,本文對水輪發電機主絕緣損壞原因探析及解決措施進行了探討。
關鍵詞:水輪發電機;主絕緣損壞;原因分析
當前分布于全國各地的擁有小水電發電機組,為當地的經濟社會發展作出了較大的貢獻。但在安全生產和技術管理上存在著不少需要進一步研究解決的問題,其中發電機主絕緣損壞故障占有較大比例。
1、設計、制造不良造成水輪發電機絕緣損壞
1.1為降低成本和縮小體積,設計時主絕球裕全偏低,同時某些部位主絕緣包扎層數不夠有脫節現象。
例如,某小型水電站機組于1988年底投產發電到2000年運行共12年,實際運行時間不到5萬小時,1996年就出現1號機差動保護在發電機升壓過程中動作。經檢查是A,B相相間主絕緣擊穿。2號機在1998年大修過程中進行預防性直流耐壓試驗時突然擊穿主絕緣。經查找為槽底線圈主絕緣對地擊穿。經檢查發現電機定子線圈絕緣偏薄,某些部位包扎不嚴,有多處絕緣開裂,不得不進行貼補處理。
1.2生產工藝直接影響著發電機的質量。
水輪發電機組鐵芯振動現象時有發生,而且在運行中往往較難正確判斷。如某電站1990年投產的水輪發電機組,在投產后不久,運行人員發現機組升壓并網后,當負荷帶到一定程度時產生異常尖叫響聲。經技術人員分析判斷為鐵芯振動。其主要原因是制造時芯片疊壓得不夠緊,引起硅鋼片在運行中振動。如不及時處理可能會引起硅鋼片因長期振動疲勞而折斷,最后割破線圈絕緣造成接地短路或相間短路故障,嚴重時往往無法在現場修復,需要運回制造廠進行鐵芯壓緊和重新嵌線處理。經采用新工藝在現場壓緊后,通過2倍于額定電壓的直流泄漏試驗和直流耐壓試驗,然后又進行1.5倍額定電壓的交流耐壓試驗。目前運行還較正常。
2運行環境對發電機主絕緣損壞的影響
2.1運行環境溫度直接影響電機的寺命。
已投入運行的小型水輪發電機組大多數采用瀝青云母絕緣,這種絕緣采用云母帶在
整個線棒直線和端部連續包扎后,經真空浸漆處理,以消除端部搭接的缺點。但瀝青軟
化點低,主絕緣耐熱等級極限較低,一般為105K。真空浸漆工藝復雜,掌握不嚴就不易
浸透,內部有可能存在氣泡,造成線圈質量很不穩定。又由于某些電站為了提高運行水頭
廠房建設得很低,為了防止臺汛季節尾水通過窗戶淹沒設備,多數主機層墻上沒有設置通風透光窗戶,運行環境溫度很高,機組散熱不良,加速絕緣老化。特別是有的線圈制造不良,絕緣材料含有氣隙,使絕緣溫差增大,最熱點的溫度直接縮短定子絕緣的使用壽命。
2.2小水電站地處邊遠山區,在電氣接線上往往處在線路的末端,電壓偏移很大。
特別是豐水季節,400V機組的母線電壓有時升高到470V,6kV母線有時竟達到7kV。小型電站的并網變壓器只有三檔分接開關.遠遠不能滿足實際運行的需要而不得不抬高發電機出口電壓。
某電站低壓機組1978年投產發電,由于長期的高溫和電壓偏高影響,在夏季發電時電機主絕緣對地擊穿,弧光放電將電機的定子鐵芯及機殼燒成一個大窟隆,致使
事故后修復工作十分困難。
3、不良檢修對發電機主絕緣的破壞
立式水輪發電機進行擴大性檢修時,多數需要吊出轉子,并且水輪機的轉輪也需要通過定子膛中吊出進行補焊。在起吊中如果稍有不小心或吊車技術不熟練就會撞擊定子線圈。
某電站水輪發電機組在第一次大修過程中,由于水機底環銹蝕嚴重,使用頂起螺絲無
法將底環吊出,改用15噸吊車硬性起吊,致使吊環脫落,而15噸吊鉤猛烈撞擊定子線圈端
部,造成電機端部絕緣多處受傷。
4、機組線圈主絕緣損壞的措施
(1)防止鐵芯松動。在大修清掃定子鐵芯時應注意觀察,如發現鐵芯出現紅粉,表明該
處有松動.可用電工刀及其他薄型片狀工具進行試插松動程度,正常時鐵芯齒部插入深度一般不超過3mm。運行中還要注意線圈的緊固情況,在上下層線圈同相且電流方向相同時,作用力最大都壓向楷底。如果線圈在槽內固定不牢,就會發生振動導致線圈表面防暈層磨損破壞,同層異相線圈電流方向相反時產生切向交變彎曲力矩最大,也會破壞絕緣。對有松動的線圈應及時將槽楔打緊,必要時可用斜鍵槽楔。端部松動可用無緯玻璃絲帶加強綁扎,綁扎后噴以環氧樹脂漆固化。
(2)防止電腐蝕。使用環氧粉云母作主絕緣的水輪發電機組在運行中暴露出的問題主要是電腐蝕。電腐蝕分為內腐蝕和外腐蝕,內腐蝕是因為主絕緣和防暈半導體支間有氣隙,對地電壓分配在主絕緣和氣隙兩種不同的介質上.使氣隙游離放電;外腐蝕是因為防暈層與鐵芯間氣隙游離放電。內腐蝕首先破壞主絕緣和導線之問的粘結膠,使絕緣脫殼、膠線松散。產生電磁振動、膠線磨細折斷,損壞主絕緣;外腐蝕首先是磨破防暈層,加劇電暈放電,造成線圈表面絕緣損傷。
為了防止電腐蝕,可采用下列措施:
(1)電腐蝕的輕重程度與線圈所處電壓有關,腐蝕大部發生在發電機電壓大于4kV以上線圈中,可在電機運行一段時間后,采取線圈中心點與出線端倒位措施緩解。
(2)運行電機若發現有臭氧味,往往是電腐蝕的前兆,可用局部放電儀進行檢查。小水電系統一般都不具備這個條件,可以在環境較暗的情況下用肉眼進行初步觀察。若在線圈槽口與線圈端箍連接處等部位出現蘭色輝光,則有電暈現象。需要進行檢修處理。
參考文獻:
1.水輪發電機磁極線圈匝間絕緣的檢測,張頌,李向偉電工技術雜志1998年第03期
2.發電機定子主絕緣的改進絕緣材料1992年第06期
3.發電機定子線棒絕緣燒損原因及對策賀正杰小水電2004年第01期

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