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發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣擊穿原因分析及處理

文檔作者：楊東1 熊婧江2 文檔來(lái)源： 1．國(guó)電大渡河大崗山水電開(kāi)發(fā)有限公司 2．國(guó)電大渡河流域梯級(jí)電站集控中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年06月03日
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92
第40卷第7期
2017年7月
水電站機(jī)電技術(shù)
Mech粕ical&amp;amp;Electrical Technique 0f HydD叩州er Station
V01．40 No．7
Jul．2017
發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣擊穿原因分析及處理
楊東1，熊婧江2
(1．國(guó)電大渡河大崗山水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川雅安625000；
2．國(guó)電大渡河流域梯級(jí)電站集控中心，四川成都610041)
摘要：主要介紹某水電站發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)，分析了某混流式發(fā)電機(jī)組定子線棒主絕緣擊穿的原因，介紹了本
電站所采取的處理方法，并提出建議，為同類型機(jī)組的電站在缺陷處理、安全運(yùn)行管理、檢修維護(hù)上提供借鑒和參
考。
關(guān)鍵詞：混流式發(fā)電機(jī)組；定子線棒；絕緣
中圖分類號(hào)：TV738 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672—5387(2017)07—0092_03
DOI：10．13599，j．cn ki．11—5130．2017．07．028
0前言
某水電站發(fā)電機(jī)組為混流式發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)
容量為4 x 650 MW，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF650—48／14600，
額定電流23 165 A，額定電壓18 kV。定子線棒為雙
層布置，為條式疊繞組，Y形連接，8支路并聯(lián)，共
1152根線棒，所有的線棒接頭連接采用銀銅焊，繞
組絕緣為F級(jí)。該水電站4號(hào)機(jī)組于2015年9月投
人商業(yè)運(yùn)行，2016年3月停機(jī)檢修，試驗(yàn)人員在進(jìn)
行修前試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組定子線圈A相試驗(yàn)不合格，
發(fā)生放電現(xiàn)象。
1發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．1定子鐵心
發(fā)電機(jī)定子鐵心采用高導(dǎo)磁、低損耗、無(wú)時(shí)效進(jìn)
口硅鋼片50M250沖制而成，全圓由48片組成。鐵心外
徑為巾14500mm，內(nèi)徑巾13450mm，總長(zhǎng)3300mm。
鐵心軸向均勻設(shè)有高度為5 mm的通風(fēng)溝，通風(fēng)槽
鋼采用非磁性鋼制成。鐵心兩端疊成階梯形，并采用
非磁性壓指及非磁性端箍。定子鐵心定位筋采用浮
動(dòng)鴿尾結(jié)構(gòu)，定位筋與托塊間留有適當(dāng)?shù)拈g隙以適
應(yīng)定子鐵心的熱膨脹。定子鐵心由足夠的穿心螺桿
拉緊，在穿心螺桿的上端設(shè)有蝶形彈簧。做完鐵損試
驗(yàn)后，用液壓拉伸器拉伸一次。為減小漏磁損耗，定
子鐵心兩端設(shè)計(jì)有階梯。
1．2定子線圈
發(fā)電機(jī)定子共有1 152根線棒，三相雙層疊繞
組，極對(duì)數(shù)為24，每極每相槽數(shù)4槽，8個(gè)并聯(lián)支路。
定子鐵心在安裝間裝配后吊入機(jī)坑(或者定子機(jī)座
在機(jī)坑內(nèi)組圓、疊片)，在機(jī)坑內(nèi)下線。定子線圈接頭
采用銀銅焊接。發(fā)電機(jī)定子線圈絕緣采用F級(jí)、VPI
絕緣系統(tǒng)，可以有效地減薄絕緣厚度，電磁線材料采
用雙面絕緣厚度為0．2 mm的雙玻璃絲包銅扁線。并
采用絕緣槽襯結(jié)構(gòu)，在線棒表面形成彈性層，使之與
定子槽結(jié)合緊密，可有效降低槽電位，提高線棒抗電
暈?zāi)芰?，同時(shí)有利于減小線棒與鐵心間的熱阻。定子
線棒采用小于360換位，以減小股線間環(huán)流，使股線
問(wèn)溫度均勻，改善線圈股線溫差，從而降低線圈最大
溫升，延長(zhǎng)線圈壽命，并減小附加損耗。在定子線圈
的固定方式上，加長(zhǎng)槽楔綁扎段長(zhǎng)，將綁扎道數(shù)增加
并加粗綁扎線。槽楔下墊彈性波紋板，該墊條具有彈
性，以利于線棒在冷熱狀態(tài)下均有一定壓力，使線
棒、槽楔能牢固地固定。測(cè)溫元件根據(jù)所有槽底、層
間測(cè)溫電阻線圈的具體分布位置，配置槽底和層間
測(cè)溫電阻，將測(cè)溫電阻線圈粘嵌于F級(jí)高強(qiáng)度玻璃
布板上，定子測(cè)溫引線從通風(fēng)溝穿出。
2發(fā)電機(jī)組故障缺陷情況
水電站4號(hào)機(jī)組停機(jī)檢修，試驗(yàn)人員進(jìn)行機(jī)組
修前試驗(yàn)。首先開(kāi)展定子絕緣電阻試驗(yàn)，其中三相極化
指數(shù)分別為：A相2450，450MQ，B相2470／451MQ，c
收稿日期：2017一04—27
作者簡(jiǎn)介：楊東(1985一)，男，工程師，從事水電站運(yùn)行維護(hù)管理
工作。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第7期楊東，等：發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣擊穿原因分析及處理93
相2510／480MQ，以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。隨后開(kāi)始定子
直流耐壓及泄漏電流試驗(yàn)，試驗(yàn)順序?yàn)镃相、B相、
A相，每相試驗(yàn)電壓分別為9 kV、18 kV、27 kV、36 kV。
C、B兩相試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至
A相27 kV時(shí)，讀得泄漏電流為47肛A，在直流電壓
逐步從27 kV加至36 kV過(guò)程中，直流發(fā)生器過(guò)流
保護(hù)動(dòng)作報(bào)警，試驗(yàn)人員隨即降壓、放電，并再次進(jìn)
行絕緣電阻試驗(yàn)，A相1 min絕緣電阻正常
(475MQ)。試驗(yàn)人員重新開(kāi)始直流耐壓及泄漏試驗(yàn)，
電壓加至2kV左右時(shí)，泄漏電流維持在450斗A左
右，未見(jiàn)下降，同時(shí)試驗(yàn)電壓出現(xiàn)放電(電壓在0—2kV
之間反復(fù)放電波動(dòng))。再次進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)，兆歐
表電壓顯示在0．4～2．2 kV之間反復(fù)充放電，試驗(yàn)人
員隨即停止試驗(yàn)(試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示)?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)燒
損的測(cè)溫墊條進(jìn)行測(cè)量，燒損兩處，下端燒傷部位與
槽下端距離為44～56 cm，上端燒傷與槽下端距離為
96。126 cm。測(cè)溫電阻在下段墊條處。測(cè)量測(cè)溫電阻，
發(fā)現(xiàn)兩個(gè)測(cè)溫電阻都是好的，阻值分別是107．7 Q、
107．1 Q。對(duì)中段測(cè)溫墊條進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)未燒損部
位處的測(cè)溫引線完好，沒(méi)有短路過(guò)熱等異常。上層線
棒：上層線棒有兩處燒傷痕跡，位置與層間墊條燒損
處對(duì)應(yīng)，上層線棒燒傷程度比下層線棒輕微。下層線
棒：下層線棒有兩處燒傷痕跡，位置與層間墊條燒損
處對(duì)應(yīng)，下層線棒拔出時(shí)，上部燒損處折彎，將下層
線棒燒傷處截?cái)嗖⒎祻S進(jìn)行解剖，下層線棒上部的
銅線處存在破壓點(diǎn)，位置正好在線棒折彎處，下層線
棒下部沒(méi)有破壓點(diǎn)。
表1修前直流耐壓及泄漏試驗(yàn)
3故障原因分析
3．1線圈測(cè)溫元件方面
測(cè)溫元件屏蔽線在發(fā)電機(jī)主磁場(chǎng)中切割磁力線
感應(yīng)電壓，因引線布置和走向不完全相同，兩屏蔽線
間存在電壓差。由于墊條內(nèi)測(cè)溫元件屏蔽線距離較
近，且裸露，致使兩屏蔽線沿軸向的墊條內(nèi)發(fā)生一點(diǎn)
或多點(diǎn)短路，測(cè)溫元件屏蔽線在機(jī)外端子箱處一點(diǎn)
接地，由于屏蔽線回路電阻較小，屏蔽線中會(huì)有較大
的電流產(chǎn)生。屏蔽線截面較測(cè)溫電阻芯線截面大，不
容易燒斷。屏蔽線中電流產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致層間墊條
受熱老化，絕緣強(qiáng)度降低，甚至破損，并損壞層間線
棒窄面的半導(dǎo)體漆，引起線棒對(duì)絕緣墊條內(nèi)接地的
測(cè)溫元件屏蔽線間的電位差增大，當(dāng)該電位差產(chǎn)生
的場(chǎng)強(qiáng)大于空氣間隙的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)可能擊穿空氣間
隙，甚至產(chǎn)生電弧，造成線棒絕緣損傷和老化。
3．2高次諧波電流影響
高次諧波電流在發(fā)電機(jī)定子中有集膚效應(yīng)。在
定子的雙層繞組中，高次諧波電流主要在沿槽高度
的上層線棒里產(chǎn)生附加損耗，并且比下層線棒里的
相應(yīng)附加損耗要大6～7倍，諧波磁場(chǎng)還在定子鐵心
齒上產(chǎn)生附加損耗。高次諧波在定子上層線棒里產(chǎn)
生的附加損耗亦是造成定子上層線棒的半導(dǎo)體硅橡
膠老化的主要因素之一。此外，定子線棒經(jīng)常承受較
大的諧波，有可能使絕緣空隙放電的次數(shù)大增，從而
較快地縮短絕緣壽命。
3．3定子繞組的磨損和電腐蝕影響
大型水輪發(fā)電機(jī)定子的電流大，電壓高，所以定
子線棒的磨損和電腐蝕問(wèn)題更加嚴(yán)重。因絕緣是固
體絕緣，熱態(tài)幾乎不膨脹，由于電磁振動(dòng)，下線時(shí)線
圈表面防暈層與槽壁接觸不良，從而引起槽內(nèi)間隙
火花放電，致使絕緣表面形成可達(dá)1 mm以上的麻
坑，麻坑的位置隨振動(dòng)、接觸條件的變化而經(jīng)常變
化，使絕緣表面受到嚴(yán)重腐蝕。線棒在槽中松動(dòng)，以
及線棒和槽壁間不能保持穩(wěn)定的接觸，是造成電腐
蝕的主要原因，由于線棒松動(dòng)造成線棒表面防暈層
磨損，從而又加劇了電腐蝕。運(yùn)行時(shí)，由于定子電流
大，定子線圈處在強(qiáng)大的交流電動(dòng)力的作用下，使定
子線棒的磨損和電腐蝕情況普遍存在，往往會(huì)引起
發(fā)電機(jī)的絕緣損壞。
3．4定子線圈絕緣表面防暈層損傷
上下層線棒絕緣之間可能存在氣隙，使層間電
壓分布發(fā)生改變，氣隙上分布的電壓較高，當(dāng)空氣隙
上的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)其擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)就會(huì)發(fā)生放電，放
電會(huì)損傷絕緣表面防暈層，使層間電位差進(jìn)一步增
加，對(duì)地電位也增加，長(zhǎng)期放電會(huì)進(jìn)一步損傷主絕
緣。
3．5線棒銅線股間絕緣短路
由于是從線棒內(nèi)部產(chǎn)生，燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體會(huì)
導(dǎo)致絕緣與銅線脫層，絕緣膨脹，線棒絕緣從內(nèi)部朝
外部損壞。
3．6線棒絕緣破損
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
94 水電站機(jī)電技術(shù)第40卷
機(jī)組運(yùn)行時(shí)，線棒內(nèi)部的銅線相對(duì)鐵心處于高
電位，銅線的電位除以該處的絕緣電阻等于泄漏電
流。絕緣完好時(shí)，泄漏電流可以忽略不計(jì)，當(dāng)絕緣破
損后，破損絕緣處的泄漏電流將會(huì)增大。當(dāng)泄漏電流
滿足臨界條件時(shí)，該處的絕緣將逐漸被碳化，同時(shí)熱
量將進(jìn)一步傳遞，以類似熱空氣上升的原理，逐漸碳
化附近特別是絕緣破損點(diǎn)上部的完好絕緣，線棒絕
緣從外部朝內(nèi)部損壞。
3．7線棒表面有導(dǎo)磁異物
導(dǎo)磁異物在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生渦流發(fā)熱，燒損
接觸的絕緣，線棒絕緣從外部朝內(nèi)部損壞。
4處理方法及建議
4．1處理方法
對(duì)放電部位表面進(jìn)行清掃，清掃完成后再次進(jìn)
行試驗(yàn)，確定具體放電線棒槽號(hào)為241槽，處理方法
為更換241槽中的上、下層線棒。取出線棒需要一定
的空間，一般須吊轉(zhuǎn)子后進(jìn)行處理，但如果吊轉(zhuǎn)子處
理該缺陷，后期作業(yè)方便，但會(huì)導(dǎo)致檢修時(shí)間的延
長(zhǎng)，為了充分節(jié)約時(shí)間，此次巧妙地利用轉(zhuǎn)子磁極所
占空間，先吊出241槽所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁極，為更換線
棒騰出了足夠的空間，不僅少了吊轉(zhuǎn)子的繁瑣，而且
大大的縮短了檢修時(shí)間。修后直流耐壓試驗(yàn)，定子繞
組的直流耐壓值為38 kV。試驗(yàn)電壓按每級(jí)O．5倍額
定電壓分階段升高，每階段停留1min，并記錄泄露
電流。
4-2建議
(1)測(cè)溫元件的絕緣耐溫等級(jí)需滿足要求，更換
滿足要求的測(cè)溫墊條，引線走向最好不要引起運(yùn)行
中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)或盡量減少能產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的長(zhǎng)
度，引線無(wú)法避免產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)時(shí)，應(yīng)避免測(cè)溫元件
芯線對(duì)地或之間發(fā)生短路，更應(yīng)避免屏蔽線之間發(fā)
生短路。
(2)安裝發(fā)電機(jī)定子繞組局部放電在線監(jiān)測(cè)裝
置，運(yùn)行中監(jiān)視發(fā)電機(jī)局部放電量是否滿足要求，一
旦出現(xiàn)局放超標(biāo)現(xiàn)象，及時(shí)查找隱患，停機(jī)處理，避
免事故擴(kuò)大。
(3)機(jī)組停機(jī)或檢修時(shí)，應(yīng)保持機(jī)坑內(nèi)環(huán)境溫度
比周圍環(huán)境溫度高，避免繞組吸潮和急劇的熱脹冷
縮，加強(qiáng)對(duì)線圈端部機(jī)械固定情況重點(diǎn)檢查。
(4)加強(qiáng)滑環(huán)室的密封，保證機(jī)組在運(yùn)行中補(bǔ)風(fēng)
干凈和避免碳刷粉塵等進(jìn)入到定子膛內(nèi)。
(5)發(fā)電機(jī)定子安裝過(guò)程中，要嚴(yán)格按照浸漆工
藝要點(diǎn)預(yù)烘、浸漆和干燥，開(kāi)展槽電位測(cè)試，對(duì)于槽
電位不合格的線棒應(yīng)灌注半導(dǎo)體漆。
5結(jié)語(yǔ)
大型水輪發(fā)電機(jī)組定子結(jié)構(gòu)基本與本站相同，
通過(guò)本站定子缺陷處理過(guò)程及建議，應(yīng)對(duì)同類型機(jī)
組在設(shè)計(jì)選型、安裝工藝及實(shí)驗(yàn)方法等問(wèn)題上引起
重視，同時(shí)為出現(xiàn)相同缺陷的機(jī)組在故障原因和處
理方法上提供參考。
參考文獻(xiàn)：
【1]DL／T 596—1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程【s】．
【2】GB—T 474．3—2006現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則【s】．
【3]廣西電力工業(yè)局高級(jí)工培訓(xùn)教材編委會(huì)，發(fā)電廠變電所電
氣設(shè)備檢修【M】．北京：中國(guó)水利水電出版社，1998．
(上接第67頁(yè))
為西藏電網(wǎng)和地區(qū)的穩(wěn)定做出了重要貢獻(xiàn)。
目前除了西藏地區(qū)外，由中國(guó)承建的國(guó)外電站
也大量存在“大機(jī)小網(wǎng)”問(wèn)題，如緬甸瑞麗江電站、柬
埔寨額勒賽電站、正在建設(shè)的柬埔寨桑河二級(jí)電站，
本文所提出的調(diào)速器控制策略和參數(shù)優(yōu)化以及切換
判斷原則均可以在類似電站機(jī)組上推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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速系統(tǒng)控制策略研究及應(yīng)用卟水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，
2013，37(2)：27—31．
[3】鄧?yán)?，等．水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一次調(diào)頻功率振蕩現(xiàn)象分析及
解決【c】／／全國(guó)大中型水電廠技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第五屆年會(huì)論文
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【4】魏守平．水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真【M】．武漢：華中科技大學(xué)出版
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