发电机定子线棒耐压试验放电起火的原因及对策.pdf

第 3 2卷 第 9期 2 0 1 0年 9月 华 电 技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 ． 3 2 No． 9 S e p． 2 01 0 发 电机定子线棒 耐压试验放 电起火 的原 因及对策 杨开平， 韩郭锋 ， 粱光辉 中国水利水电建设工程咨询西北公司， 湖北 丹江口4 4 2 7 0 0 摘要 分析了丹江 口水力发电厂 5发电机定子线棒在耐压试验中放电起火的原因， 介绍了具体的处理方案及该方案 的实际运用效果。用正确的工艺方法将定子线棒防晕层处理合格后 ， 能够保证机组安全 、 可靠运行。 关键词 线棒； 耐压试验； 放电起火 ； 处理 中图分类号 T M 3 0 6 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 0 0 9 0 0 6 3 0 2 0 引言 3 线棒烧损分析 丹江 口水力发电厂于 1 9 7 3年建成 ， 共装 6台机 组 ， 单机容量 1 5 0MW， 担负着华 中电网调频调峰和 事故备用任务。南水北调的水源工程丹江 口大 坝加高后 ， 水库正常水位由 1 5 7 ． 0 0 m提高到 1 7 0 ． 0 0 m， 为了适应丹江 口大坝加高后的发 电水头 ， 发挥电 站的最大效益 ， 在大坝加 高之前 已对 4台发电机进 行了改造 。在大坝加高过程中 ， 又对后 2台 4 、 5 发电机进行 了改造 。本文介绍 了 5发电机定子线 棒耐压试验时放电、 冒烟 、 起火原因及处理办法。 1 发电机改造情况 丹江 口水力发电厂 4、 5发 电机改造后的机型 为 S F 1 5 0 6 0 ／ 1 2 8 1 0型， 额定容量 1 7 6 ． 5 MV A， 立 轴全伞式结构 ， 采用密闭 自循环空气冷却 系统 。额 定 电压和额定转速不变。改造 内容包括 定位肋板 、 定子铁心 、 定子线棒 、 汇流排 、 励磁系统 、 转子磁极线 圈、 通风冷却系统 、 制动柜等部件 的制造安装。 5发电机的改造安装于 2 0 0 8年 6月 8日完工 ， 8月 9日通过 了 3 0 d运行 。 2 发电机定子线棒烧损情况 5发 电机定子共有 5 9 4槽 ， 1 1 8 8根线棒 。1根 下层线棒 2 T 2 7 9 在下线前 的工频耐 电压试验 试 验电压为 4 5 ． 8 k V 时 ， 线棒下端 R部位高阻防晕层 出现放 电并产生烧损痕迹。 在上、 下层线棒嵌装完整体做交流耐 电压试验 试验电压为 4 0 ． 4 k V 过程中， 5 8 s 时有 7根线棒 上 层 1 7 9上槽 口、 下层 3 2 3上槽 口、 3 2 4下槽 口、 4 6 3 下槽 口、 4 2 8下槽 口、 上层 3 5 9下槽 口、 下层 5 3 2下 槽 口 在槽 口 R部位有放电、 冒烟 、 着火现象。 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 0 4 3 ． 1 基 本原 因分 析 单根定子线棒在进行下线前 的工频耐 电压试验 4 5 ． 8 k V 过程 中， 端部防晕层表面出现放电的原 因 是线棒端部存在局部 电场集 中， 当表面放 电发展到 一 定程度时 ， 沿线棒 引线段到低阻防晕末端的方 向， 线棒表面的电流增大 ， 表面局部温度升高 ， 最终烧伤 防晕 保 护 层 或 高 阻 防晕 层 而 出现 放 电烧 伤 痕迹 。 定子线棒 下线后 ， 在 进行 工频 交 流耐 压试验 4 1 ． 4 k V或 4 0 ． 4 k V 过程中， 端部防晕层表面出现 放 电的原因是线棒端部存在局部电场集中。如果在 下线前没有放电现象 ， 而在下线后出现放电现象 ， 可 能是由于端部固定件及线棒的表面状态 导电腻子 污染 、 绑扎线接头处预 留的线头过长 、 绑扎绳过长 、 适形毛毡浸胶不透等 导致了端部局部 电场集中。 由于定子线棒防晕层出现放电痕迹是一种表面 放电现象 ， 则该现象不会影 响线棒主绝缘 的绝缘性 能和机组寿命 。上述线棒烧损情况时有发生 ， 在景 洪 、 公伯峡、 李家峡等水电站均出现过类似现象 。 3 ． 2 定子线棒放电具体分析 5机组定子线棒端部出现放 电 槽 内未 出现放 电 后 ， 由试验操作人员将试验电压降至 0值 ， 检查 槽 口电阻未发现异常， 表明未出现主绝缘击穿问题。 定子线棒槽部主绝缘与端部主绝缘采用相 同的 绝缘材料和绝缘工艺 ， 具有相 同的绝缘性能 。在工 频交流耐压试验过程中， 作用 在槽部主绝缘上的试 验场强高于作用在端部主绝缘上的试验场强。在对 定子线棒主绝缘进行 长期 电老化寿命试验研究时 ， 随着施加试验电压时间的逐渐延长和电老化时间的 逐渐增加 ， 定子线棒的端部 防晕层在 电场的作用下 会逐渐老化 ， 防晕层表面出现非常严重的放电碳化 痕 迹 甚至大面积碳化 ， 但在 电老化终点 亦 即主 6 4 华 电技 术 第 3 2卷 绝缘击穿 时 ， 主绝缘的击穿点在定子线棒 的槽部 亦即有低电阻防晕层 的部位 ， 且从未在定子线 棒的端部出现。上述现象表 明， 至定子线棒槽部 主 绝缘电老化寿命终点时， 定子线棒端部的主绝缘仍 具有绝缘性能。即便是定子线棒端部 防晕层出现放 电痕迹 ， 端部主绝缘的运行寿命 比槽部主绝缘 的运 行寿命要长。 按照 G B 7 5 5 --2 0 0 0 旋转 电机定 额和性 能、 G B ／ T 8 5 6 4 --2 0 0 3 水轮 发电机组安装 技术规范 、 J B ／ T 6 2 0 4 --2 0 0 2 高压交流电机定子线 圈及绕组绝 缘耐电压试验规范 及 D L ／ T 5 9 6 --1 9 9 6 电力设备 预防性试验规程 规定 对于单根定子线棒 ， 只要其 绝缘 电阻、 价值损耗 与增量及工频交流击穿 电压和 击穿场强满足要求且线棒主绝缘的电老化寿命能够 达到一定值 ， 线棒就能够安全可靠地运行 。对于定 子绕组 ， 只要其绝缘电阻 、 极化指数 、 槽电位 、 起晕电 压能够满足要求， 能够通过规定试验电压值的直流 耐电压试验 ， 三相 的直流泄露 电流值相对 平衡且满 足规范要求 ， 能够通过规定试验 电压值的工频交流 耐压试验 ， 绕组就能够安全 、 可靠运行 。 规范 同时规定 ， 在工频交流耐压试验过程 中不 允许定子线棒端部出现放电或放电痕迹现象 ， 所以 ， 必须对防晕层 出现放 电痕迹的线棒进行处理 ， 待具 备试验条件时， 重新进行工频交流耐压试验 ， 合格后 可以进行验收。 4 对定子线棒防晕层放电痕迹的处理 1 根据具体的位置 ， 确定是否需解 开端部绑 扎。用适 当的工具刮去线棒表面的放电痕迹 包括 着火 、 熏黑等部位 ， 然后用干净 的抹布蘸适量的酒 精或丙酮将线棒 的污物清理干净 ， 之后在室温下 晾 3 0 ra i n以上 ； 在刮去放电痕迹的过程 中， 应 注意避免 损伤线棒原防晕层。 2 对 放 电痕迹从 低 阻防晕层末 端开 始 的线 棒 ， 从线棒低阻末端开始至放电痕迹末端处沿线棒 周向半叠包 1 层半 固化高阻 防晕带 ， 然后用热风枪 烘 烤 防 晕带 ， 使 防 晕 带 层 问及 线 棒 表 面 粘 在 一 起 J 。烘烤防晕带时， 应注意避免因集 中加热导致 防晕带出现断裂现象。 3 重新嵌装上层线棒， 嵌装前先在原软端箍表 面刷环氧胶 7 9 2 ， 然后衬垫 1 层厚度为2 m m的浸胶适 形毛毡 J 。对原层间端箍未搭接好的部分 ， 填补浸胶 层间端箍材料 ， 再在其上、 下表面以及与新下的线棒 接触面衬垫 1 层厚度适当的浸胶适形毛毡 ， 并用浸胶 无碱玻璃丝带绑扎固定。适形毛毡、 层间端箍材料 、 无碱玻璃丝带使用环氧胶 7 9 3浸渍 、 浸透。 4 对端部重新进行 过防晕处理 的线棒 ， 进行 下述绝缘试验 使用 2 5 0 0 V的兆欧表测试线棒 的绝 缘电阻。进行线棒绝缘的工频交流耐压试 验， 试验 方法按 J B ／ T 6 2 0 4 --2 0 0 2 高压交流 电机定子线 圈 及绕组绝缘 耐电压试 验规范 执行 ， 试验 电压有效 值为 4 0 ． 4 k V， 持续时间 1 ra i n 。该试验过程中的电 晕情况要满足 G B ／ T 8 5 6 4 --2 0 0 3 水轮发电机组安 装技术规范 表 3 8中5的规定 端部无 明显的金黄 色亮点和连续晕带 。 对拔出的槽 内原上层线棒处新下的线棒 ， 进行 如下试验 在下线前 ， 按 J B ／ T 6 2 0 4 --2 0 0 2 高压交 流电机定子线圈及绕组绝缘耐 电压试验规范 做工 频交流耐压试验 ， 试验电压有效值为 4 5 ． 8 k V， 持续 时间 1 mi n 。 下线并打完槽楔 、 端部绑扎 固定完成 、 绑扎绳胶 粘剂彻底固化后 ， 按 J B ／ T 6 2 0 4 --2 0 0 2 高压交流电 机定子线圈及绕组绝缘耐 电压试验规范 做耐压试 验 ， 试验电压有效值为 4 0 ． 4 k V， 持续时间 1 ra i n 。试 验前用 2 5 0 0 V的兆欧表测试线棒 的绝缘电阻 ， 当试 验 电压升高至 1 5 ． 7 5 k V时 ， 观察线棒端部 的电晕情 况 ， 要求满足 G B ／ T 8 5 6 4 --2 0 0 3 水轮发电机组安装 技术规范 表 3 8中 5的规定 端部无 明显的金黄 色亮点和连续晕带 。 5 处理结果 对绕组 耐压试 验 中放 电起火严重 的 5根线棒 3 2 3 、 3 5 9 、 4 2 8 、 4 6 3、 2 T 2 7 9 进行拆除， 重新换上 了5根新 的线棒 备 品 。对拆下来 的线棒进行 了 防晕层处理 ， 处理后进行耐压试验 ， 试验后的合格线 棒作为备品。对试验过程 中爬 电不严重的 1 7 9 、 3 2 4 、 5 3 2未拆除 ， 用适当的工具刮去表面的放 电 痕迹 ， 然后用干净 的抹布蘸适量 的酒精将线棒 的污 物清理干净 ， 在室温下晾 3 0 ra i n以上 ， 再刷环氧树 胶 7 9 2并晾干后 ， 做 3 4 ． 5 k V耐压 试验 ， 线 棒全部 合格。 6 结束 语 在发电机定子线棒进行耐压试验时遇到线棒电 晕层放电现象 ， 如果线棒 的主绝缘没有损坏 ， 处理合 格后可 以使用。 5发 电机现已投入运行 近 2年 ， 没 有出现任何异常现象。实践证 明， 上述的处理方法 能够保证机组安全 、 可靠运行。 参考文献 [ 1 ] 刘云． 水轮发电机故障处理与检修[ M] ．北京 中国水利 水电出版社， 2 0 0 2 ． 下转第6 7页 第 9期 马士东， 等 6 0 0MW 超临界汽轮机 高压加热器泄漏原因分析 6 7 管束振动。疏水调节阀开度若过大 ， 在疏水冷却段 内则易引起闪蒸。过热蒸汽冷却段是发生管束损坏 可能性最大的区域 ， 当汽流速度大幅度增加时， 如果 高压加热器超负荷 或入 口水温降低 ， 高压加热器的 抽汽量增加从而使汽流速度大大增加 。由于振动使 得管子或管子与管板连接处 的应力超过材料的疲劳 持久极限， 造成管子因疲劳而断裂 。 3 防范措施 3 ． 1 封堵泄漏钢管 机组高压加热器停运后 ， 在其 3高压加热器水 室温度许可的情况下 ， 首先 向汽侧通入压缩空气 ， 用 肥皂水刷涂水室管板表面， 检查肥皂泡破裂 的情况 以判断加热器漏管的位置及根数 。检查发现 3高 压加热器 u形管 中上部有 5根管泄漏严重 。为 了 防止已损伤但 尚未漏泄 的管子继续漏泄 ， 将其漏管 外围的 1圈至 2圈未漏的 2 0根管子也堵上 。经东 方锅炉集 团有限公司和安徽省电力科学试验研究院 测试 ， 所堵 2 5根管子并不影响 3高压加热器通流 冷却面积和安 全经 济运行 ， 因高压 加热 器钢 管有 1 0 ％富裕度 ， 堵管所用 的堵头均为空心堵头 ， 可有效 防止堵头应力不均而造成脱落。 3 ． 2防止过热冲击 加热器制造上应有足够厚度的管板 ， 有 良好 的 管孔加工、 堆焊 、 管子胀接 、 焊接工艺外 ， 运行上要使 高压加热器在启停 时的温升率 、 温 降率不超过规定 值。在机组启动 、 停用或变负荷过程 中， 应防止负荷 骤升骤降， 因为负荷骤变时蒸汽温度 、 压力 以及锅炉 蒸发量在不断变化 ， 从 而使高压加热器抽汽同时发 生变化 ， 高压加热器内由于温度变化产生膨胀或收 缩变形而产生热应力 ， 为此应保持机组 负荷 曲线 的 平稳 ， 防止过大热冲击。 3 ． 3 严控高压加热器投停操作 为防止高压加热器在投入过程中产生热冲击 ， 高压加热器应 随机启动投入。在高压加热器故障停 运时 ， 应 注意控 制给水 温度 变化 率不 应大 于 1 ． 8 ℃／ m i n ， 最大不应超过 2 ． 0℃／ mi n 。高压加热器停 运时， 先停运 1高压加热器 ， 最后停运 3高压加热 器。高压加热器投运时 ， 先投入 3高压加热器 ， 最 后投入 1高压加热器 。在高压加热器投入过程中， 应严格控制给水 温度 变化率不 大于 1 ． 8 C ／ mi n ， 最 大不超过 2 ． 0 ℃／ m i n 。 3 ． 4 防止管子剧烈振动 限制高加壳侧蒸汽或疏水的流速及防止疏冷段 内闪蒸 ； 蒸汽冷却段 出口蒸汽要有足够 的剩余 过热 度 ； 防冲板 的固定要牢 固， 面积足够 ， 材质要好。保 持壳侧水位正常 ， 禁止低水位或无水位运行 。同时 ， 管子间距要足够大 ， 一方面降低了壳侧流速 ， 另一方 面减小了管子互相碰撞摩擦损坏的可能性 ， 限制管 束 自由段长度 即跨度 。 3 ． 5 高压加热器 U形管材更换为 1 2 C r l Mo V材料 高温腐蚀是造成 3高压加热器漏泄的主要原 因， 而 3高压加热器 的 U形管耐高温性 能差 又是 产生高温腐蚀的必备条件 。因此 ， 将 3高压加热器 的 u形管材全部更换为具有耐高温性能 的换热管 是有 效 防止 3高 压 加 热 器 泄 漏 的 根 本 办 法。 1 2 C r l Mo V管材最 高使用温度 可达 5 3 0℃。在有条 件的情况下 ， 将 3高压加热器 5 5 6 S A G r C Z材料 的 u 形管全部更换为 1 2 C r l M o V管材 的 U形 管， 从根本 上解决 3高压加热器的管系泄漏问题。 4 结束语 由上述分析得知， 3高压加热器泄漏的主要原 因是高温腐蚀。 3高压加热器所处工作环境最为恶 劣 ， 管系的内外压差 、 温差最大 ， 致使 3高压加热器 的汽侧连续排空气管非凝结气体积存而产生管系腐 蚀 ； 另外 ， 3高压加热器化学腐蚀及启 、 停操作不 当 带来 的热冲击也加速了管系 的泄漏。针对 3高压 加热器泄漏的问题 ， 提出了检查处理方法 ， 制订了防 范措施 ， 封堵了漏管及控制水质 和启 、 停操作 ， 有效 防止了高压加热器 的泄漏 ， 确保 了高压加热器 的安 全 、 稳定及经济运行 。 编 辑 王 书平 作者简 介 马士东 1 9 7 1 一 ， 男 ， 山东枣 庄人 ， 工程 师 ， 从 事发 电调 度和经济运行分析方面的工作。 袁洪涛 1 9 7 3 一 ， 男， 山东淄博人， 工程师， 从事发电调 度管理方面 的工作 。 ● ●● ● ● ● ● ●● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●o● ●0● ● ● ● ● ● 上接 第6 4页 [ 2 ] 沙锡林， 施国， 张文元． 贯流式水电站[ M] ． 北京 中国水 利水 电出版社． 1 9 9 9 ． [ 3 ] 邱毓昌， 施国， 张文元． 高电压工程 [ M] ． 西安 西安交通 大学出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 4 ] 钟步青． 电机的风扇与冷却 [ J ] ． 电机技术， 2 0 0 3 3 2 6 2 9． [ 5 ] 付岚贵， 金英兰． 大型水轮发 电机定子线棒绝缘厚度减 薄研究[ J ] ． 绝缘材料通讯， 2 0 0 0 3 3 1 3 5 ． [ 6 ] 魏涤非， 戴源生． 电机技术[ M] ． 北京 中国水利水 电出 版社 ， 2 0 0 6 ． 编辑 白银 雷 作者简介 杨开平 1 9 6 8 一 ， 男 ， 湖南洪江人 ， 工程师， 从事水工金 属结构及机电设备制造安装方面的工作。