TBB-1000型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣缺陷的處理與分析

王聲學(xué)，鄒 曉，申雁鵬，林同光，雷 成，章 勇

（中核集團(tuán)江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

前言

2011年3月25日，中核集團(tuán)某核電站1號(hào)機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)大修，對(duì)發(fā)電機(jī)連同勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組回路進(jìn)行1000V膛內(nèi)交流耐壓試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)電壓升至870V時(shí)，試驗(yàn)裝置過流保護(hù)跳停，耐壓試驗(yàn)未通過。耐壓前轉(zhuǎn)子繞組回路絕緣電阻為2.6M?，耐壓后降至0.8M?。脫開發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子連接楔塊，單獨(dú)測量勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻為5990M?。經(jīng)過檢查，確認(rèn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組回路存在絕緣薄弱點(diǎn)。由于轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻在交流耐壓試驗(yàn)后明顯降低，經(jīng)過初步分析，1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組局部絕緣薄弱處已經(jīng)形成放電通道，需要對(duì)該轉(zhuǎn)子進(jìn)行拔護(hù)環(huán)檢查處理，年度維護(hù)轉(zhuǎn)為解體大修。

將轉(zhuǎn)子抽出置于檢修平臺(tái)后進(jìn)行檢查，轉(zhuǎn)子表面并無放電痕跡。用1000V兆歐表測量其絕緣電阻為1.1M?，與在膛內(nèi)測量結(jié)果無明顯變化。在此狀態(tài)下測量轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗和直流電阻均與歷史數(shù)據(jù)相吻合。

該汽輪發(fā)電機(jī)為TBB-1000-2Y3型俄供隱極式同步發(fā)電機(jī)，參數(shù)如表1所示。自2007年投入商運(yùn)以來，該發(fā)電機(jī)運(yùn)行中轉(zhuǎn)子繞組回路一直存在絕緣波動(dòng)問題，最低為0.509M?，接近制造廠允許正常值0.5M?的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 轉(zhuǎn)子繞組絕緣缺陷定位試驗(yàn)方案

絕緣繞組缺陷定位查找采用脈沖電壓擊穿法進(jìn)行，如圖1所示。由于轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻較低，僅為1.1 M?，首先采用圖1（a）方案對(duì)其進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。電壓源采用2.5kV兆歐表，放電球隙擊穿電壓調(diào)為2.3～2.5kV，將端子A依次與轉(zhuǎn)子繞組出線之一相連接。施加電壓后，觀察轉(zhuǎn)子繞組3分鐘，確認(rèn)出現(xiàn)火花或砰響的部位，若出現(xiàn)則證明該部位為絕緣薄弱點(diǎn)。在試驗(yàn)過程中記錄轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生火花或聽到砰響的部位或區(qū)域。

2 缺陷處理過程及分析

2.1 缺陷處理

在拆除護(hù)環(huán)前的脈沖擊穿試驗(yàn)中，聽到勵(lì)側(cè)端部13槽到15槽區(qū)域內(nèi)有放電聲音，之后測量轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻為0.51M?。拆除兩側(cè)護(hù)環(huán)后再次測量其絕緣電阻為0.57M?，兩側(cè)端部繞組及通風(fēng)道內(nèi)有油污和漆皮碎末等污物，如圖2所示。

拆除兩側(cè)護(hù)環(huán)后進(jìn)行第二次沖擊試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中汽側(cè)也出現(xiàn)放電聲，之后測量其絕緣電阻為0.019 M?。將勵(lì)側(cè)和汽側(cè)分別退出三段槽楔，測量絕緣電阻為22M?。逐一進(jìn)行檢查、清理，并未發(fā)現(xiàn)明顯的放電痕跡，但是在出風(fēng)孔有類似圖2中的油泥、漆皮碎末等污物。隨后進(jìn)行第三次沖擊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)汽側(cè)9槽21段出風(fēng)孔發(fā)生放電，檢查發(fā)現(xiàn)該部位絕緣槽襯有輕微裂紋，且表面存在黑色斑跡，如圖3所示。在該處臨時(shí)插入絕緣片，測量轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻為7160M?。按照?qǐng)D1（b）方案繼續(xù)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)并持續(xù)3 min，無擊穿現(xiàn)象發(fā)生，初步確定該處為轉(zhuǎn)子絕緣薄弱點(diǎn)。

表1 某核電站1號(hào)發(fā)電機(jī)參數(shù)

圖1 轉(zhuǎn)子絕緣缺陷查找定位試驗(yàn)方案

圖2 端部繞組污物

圖3 槽襯表面輕微裂紋及黑色斑跡

為進(jìn)一步排查轉(zhuǎn)子兩側(cè)所有出風(fēng)孔的絕緣槽襯，采用1000V兆歐表對(duì)36個(gè)槽楔逐一檢測，發(fā)現(xiàn)部分出風(fēng)孔處存在類似黑色斑跡的絕緣槽襯也有爬電現(xiàn)象。經(jīng)檢測統(tǒng)計(jì)，勵(lì)側(cè)端部槽襯表面疑似爬電部位有14個(gè)槽，其中沿表面爬電的有5個(gè)槽，均集中在第3段出風(fēng)槽；汽側(cè)端部槽襯表面疑似爬電部位有15個(gè)槽，其中沿表面爬電的有14個(gè)槽，均集中在第21段出風(fēng)槽。對(duì)該所有疑似爬電部位進(jìn)行打磨、吸塵并刷涂H31-3環(huán)氧樹脂絕緣漆，干燥處理后測量轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻為7540M?。

圖4 第一出風(fēng)槽絕緣墊條爬電痕跡

回裝第3、21段部分槽楔后，絕緣電阻降為1390M?；在裝完勵(lì)側(cè)15槽3段槽楔后，絕緣電阻突然降至20M?。退出該絕緣墊條進(jìn)行檢查試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)墊條出風(fēng)孔存在與槽襯類似的爬電痕跡，同時(shí)繞組絕緣回升至1390 M?。再次退出第3、21段所有槽楔和絕緣墊條，測量繞組絕緣電阻為9320M?。對(duì)退出的絕緣墊條進(jìn)行2kV交流耐壓試驗(yàn)，部分墊條存在表面閃絡(luò)現(xiàn)象，說明轉(zhuǎn)子的絕緣缺陷不僅僅是槽襯，墊條也是絕緣薄弱點(diǎn)，如圖4所示。對(duì)這兩段墊條進(jìn)行打磨處理，重點(diǎn)清理出風(fēng)孔不平部位，清洗并刷涂H31-3環(huán)氧脂絕緣漆烘干，整個(gè)烘干過程溫度嚴(yán)格控制在65℃以內(nèi)。烘干后對(duì)每塊墊條按照轉(zhuǎn)子出廠耐壓標(biāo)準(zhǔn)單獨(dú)進(jìn)行4kV交流耐壓試驗(yàn)，合格后回裝?；匮b后轉(zhuǎn)子絕緣電阻升至9320 M?。

對(duì)其他幾段墊條進(jìn)行同樣工藝處理，回裝后測量絕緣電阻為9290M?。回裝轉(zhuǎn)子兩側(cè)護(hù)環(huán)和風(fēng)扇后進(jìn)行繞組直流電阻、交流阻抗測試、絕緣電阻和1000V交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)后絕緣電阻為6040M?。

2.2 處理過程分析

（1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻從交流壓試驗(yàn)前的2.6M?下降至0.8M?，說明絕緣的薄弱位置在交流耐壓試驗(yàn)時(shí)被擊穿，導(dǎo)致絕緣電阻下降；

（2）兩次電壓沖擊試驗(yàn)后，繞組絕緣電阻進(jìn)一步減低至0.019M?，說明在脈沖電壓作用下出現(xiàn)了新的絕緣擊穿點(diǎn)；

（3）退出轉(zhuǎn)子兩側(cè)槽楔（兩側(cè)各三段），清理后繞組絕緣電阻恢復(fù)至22M?，說明絕緣降低與轉(zhuǎn)子兩端槽楔下絕緣墊條被污染有關(guān)；

（4）處理9號(hào)槽第21段槽楔位置的絕緣槽襯后，轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻提高至7610M?，說明該位置槽襯存在放電通道；對(duì)其他位置槽襯疑似放電點(diǎn)處理后繞組絕緣電阻無明顯變化，說明轉(zhuǎn)子槽襯缺陷主要集中在9號(hào)槽第21段槽楔位置一點(diǎn)，其他槽襯疑似點(diǎn)尚未形成放電通道；

（5）安裝15號(hào)槽第3段槽楔后，繞組絕緣電阻從1390M?降至20M?，更換絕緣墊條后，絕緣電阻升至1390M?，說明該槽楔下絕緣墊條存在缺陷；

（6）對(duì)第3、21段所有槽楔下絕緣墊條處理后，回裝轉(zhuǎn)子槽楔，轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻從1390M?升至9320M?，說明該兩段槽楔下絕緣墊條普遍存在缺陷；

（7）所有墊條回裝后轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻為9290M?，兩側(cè)護(hù)環(huán)回裝后絕緣電阻為5850M?，說明轉(zhuǎn)子繞組絕緣缺陷已經(jīng)得到有效處理。

3 轉(zhuǎn)子絕緣缺陷原因分析

3.1 轉(zhuǎn)子端部通風(fēng)簡介

該型號(hào)轉(zhuǎn)子端部通風(fēng)為俄供發(fā)電機(jī)典型的通風(fēng)方式：經(jīng)過氫冷器冷卻后的氫氣由通道進(jìn)入端蓋，從端蓋導(dǎo)風(fēng)通道進(jìn)入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端通風(fēng)槽，再由通風(fēng)槽進(jìn)入轉(zhuǎn)子端部護(hù)環(huán)下面繞組。其中一路從轉(zhuǎn)子繞組的端部進(jìn)風(fēng)孔進(jìn)入，流經(jīng)繞組內(nèi)風(fēng)孔，分別從轉(zhuǎn)子勵(lì)側(cè)、汽側(cè)第一出風(fēng)槽即第3、21段的出風(fēng)孔經(jīng)槽楔下墊條和槽楔的通風(fēng)孔流出，如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)子端部整體

3.2 絕緣缺陷原因分析

（1）轉(zhuǎn)子在制造、運(yùn)輸、安裝調(diào)試、運(yùn)行期間受到污染，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的污物在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)氣流的作用下，在局部積聚，引起轉(zhuǎn)子絕緣降低；積聚在一起的污物被氣流吹散后，轉(zhuǎn)子絕緣恢復(fù)，造成了在正常運(yùn)行期間轉(zhuǎn)子繞組回路的絕緣波動(dòng)現(xiàn)象。

（2）轉(zhuǎn)子端部繞組至第一出風(fēng)槽段通風(fēng)孔為橫向銑槽（如圖6所示），風(fēng)路在該槽內(nèi)轉(zhuǎn)入槽楔出風(fēng)孔有90度的轉(zhuǎn)向，即切向轉(zhuǎn)徑向。發(fā)電機(jī)內(nèi)部油污、漆皮、粉塵和金屬顆粒等雜物隨氣流進(jìn)入轉(zhuǎn)子端部繞組，并從轉(zhuǎn)子端部繞組通風(fēng)孔進(jìn)入第一道出風(fēng)槽。由于風(fēng)路在該槽內(nèi)轉(zhuǎn)入槽楔出風(fēng)孔有90度的轉(zhuǎn)向，雜物容易在此位置積聚（圖2）；同時(shí)也較易停留在繞組與槽楔的過度表面，即絕緣墊條表面，導(dǎo)致槽楔下絕緣墊條絕緣降低。

（3）兩側(cè)端部第一出風(fēng)槽各有一組出風(fēng)口在繞組側(cè)面，即沿槽襯表面出風(fēng)。由于繞組及槽楔下的絕緣墊條出風(fēng)口都是長條形，而槽楔的出風(fēng)口是圓形的，在圖3放電的位置就容易積聚污物雜質(zhì)，從轉(zhuǎn)子端部進(jìn)來的氫氣中含有的油污、灰塵、金屬顆粒等雜物在此處集聚，這就在繞組銅板和外部槽楔（地電位）之間累積成長條形狀，槽襯絕緣板及絕緣墊塊的絕緣距離都明顯減少。從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的整體絕緣性能明顯下降，此次發(fā)現(xiàn)的槽襯和墊條絕緣缺陷均在該部位，如圖3和圖4所示。

圖6 端部繞組通風(fēng)孔橫向銑槽

現(xiàn)在國內(nèi)主要電機(jī)生產(chǎn)廠家均不存在此設(shè)計(jì)，圣彼得堡電力工廠新生產(chǎn)的同型號(hào)轉(zhuǎn)子也做了改進(jìn)，均把出風(fēng)孔設(shè)計(jì)在繞組銅板中間。

（4）轉(zhuǎn)子第一出風(fēng)槽部分槽襯和絕緣墊條在安裝時(shí)，個(gè)別厚度過大的槽襯和墊條需要劈開使用，但是其加工表面沒有再進(jìn)行刷漆、烘干處理，同時(shí)這部分槽襯、墊條表面粗糙不平滑，更易受潮和染污，促使轉(zhuǎn)子繞組整體絕緣進(jìn)一步降低。

（5）絕緣墊條風(fēng)口及側(cè)面表面未進(jìn)行刷漆、烘干處理，部分絕緣墊條風(fēng)口粗糙，易受潮、積附油污等雜物。

根據(jù)缺陷位置及處理過程，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組絕緣缺陷原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，造成此次耐壓實(shí)驗(yàn)未通過的缺陷主要集中在轉(zhuǎn)子端部第一出風(fēng)槽，即第3段和第21段槽楔位置。轉(zhuǎn)子端部為進(jìn)出風(fēng)首端，粉末更容易積聚，實(shí)際檢查也發(fā)現(xiàn)，端部積聚的油污、粉末比中間段更多，所以此處為繞組絕緣的最薄弱部位，這也是造成此次耐壓試驗(yàn)未通過一個(gè)主要因素。

3.3 異物來源分析

在缺陷處理過程中，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了徹底檢查清理，同時(shí)對(duì)定子膛內(nèi)也進(jìn)行了清理。對(duì)整個(gè)清理出的粉末進(jìn)行了檢測，主要成分有油污、漆皮、鐵磁性粉末、絕緣材料粉末等。

（1）油污：主要來源于發(fā)電機(jī)端部密封油的滲漏；

（2）漆皮粉末：主要來源于發(fā)電機(jī)本體內(nèi)部安裝期間遺留的雜質(zhì)以及密封油滲漏造成的發(fā)電機(jī)定子、護(hù)環(huán)和轉(zhuǎn)子局部的覆蓋漆脫落。這些漆皮粉末在發(fā)電機(jī)內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)的作用下，進(jìn)入轉(zhuǎn)子端部和槽部的風(fēng)道內(nèi)；

（3）鐵磁性粉末：主要來源于發(fā)電機(jī)供氫管道內(nèi)的腐蝕物、本體內(nèi)部加熱器的腐蝕物、油系統(tǒng)鐵磁性微粒雜質(zhì)及制造期間殘留的鐵磁性雜質(zhì)；

（4）絕緣材料粉末：來源于制造過程中殘留的絕緣材料粉末。

4 結(jié)語

此次轉(zhuǎn)子耐壓試驗(yàn)未通過是各方面因素綜合作用的結(jié)果。除了在設(shè)計(jì)和工藝上的缺陷之外，轉(zhuǎn)子繞組絕緣缺陷還與污染有關(guān)。通過對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的處理，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)殘留的污物徹底清除，并對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)和處理，加強(qiáng)了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部繞組和槽口絕緣，對(duì)絕緣墊條和槽襯進(jìn)行了打磨、刷漆烘干處理。發(fā)電機(jī)沖轉(zhuǎn)至3000r/m時(shí)絕緣電阻為830M?，一年運(yùn)行周期中轉(zhuǎn)子絕緣情況良好，未出現(xiàn)異常。

脈沖電壓擊穿法能夠準(zhǔn)確的定位轉(zhuǎn)子繞組的絕緣缺陷，尤其是針對(duì)多點(diǎn)絕緣缺陷十分有效，但其同時(shí)也是一種破壞性試驗(yàn)，使用時(shí)需慎重。國內(nèi)現(xiàn)役的俄供 TBB-320-2EY3、TBB-500-2EY3、TBB-800-2EY3幾種TBB型號(hào)發(fā)電機(jī)定子部分缺陷較多，但轉(zhuǎn)子繞組絕緣缺陷很少發(fā)生，特別是轉(zhuǎn)子繞組回路的絕緣波動(dòng)現(xiàn)象在其他同類型機(jī)組中尚未出現(xiàn)。文中用到的轉(zhuǎn)子繞組的絕緣缺陷處理方法是在TBB-1000-2Y3型發(fā)電機(jī)多年工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，通過實(shí)踐證明是十分有效的。針對(duì)同類型的俄供發(fā)電機(jī)，用此種方法改善轉(zhuǎn)子的絕緣性能，提高其可靠性效果較好。

[1]DLT/596-1996,電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].中華人民共和國電力工業(yè)部,1997.