高海拔水輪發(fā)電機(jī)定子下線工藝研究

孫　鵬

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司, 哈爾濱黑龍江　150040)

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高海拔水輪發(fā)電機(jī)定子下線工藝研究

孫鵬

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司, 哈爾濱黑龍江150040)

摘要：指出了高海拔地區(qū)因空氣稀薄導(dǎo)致電機(jī)絕緣的絕緣強(qiáng)度下降、擊穿電壓下降。分析了環(huán)境因素對20 kV發(fā)電機(jī)定子下線質(zhì)量的影響及下線工藝對耐壓試驗(yàn)的影響，下線過程中外力造成的絕緣損傷等因素，并提出了相應(yīng)的解決辦法，制定了嚴(yán)格的下線工藝規(guī)范文件，要求嚴(yán)格按工藝文件施工并重視下線過程每一步工序的清理工作。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；定子；電壓等級 ；下線工藝

0引言

20 kV電壓等級的水輪發(fā)電機(jī)是目前國內(nèi)制造的最高電壓等級的發(fā)電機(jī)。隨著海拔高度的增加，空氣壓力的降低，絕緣材料的絕緣強(qiáng)度降低，其擊穿電壓也下降。根據(jù)官地、阿海等高海拔地區(qū)機(jī)組定子出現(xiàn)的問題，從安裝工藝的角度分析問題產(chǎn)生的原因，提出具體解決方案以優(yōu)化工藝文件和提高質(zhì)量控制點(diǎn)的檢查標(biāo)準(zhǔn)，使定子安裝的各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1問題分析

1.1環(huán)境因素對高壓定子下線質(zhì)量影響

隨著海拔高度的增加，大氣的壓力下降，空氣密度降低。在海拔至5 000 m范圍內(nèi)，每升高1 000 m，即平均氣壓每降低7.7～10.5 kPa，絕緣材料的絕緣強(qiáng)度降低8%～13%。隨空氣壓力的降低，其擊穿電壓也下降。直流與交流電弧的飛弧距離隨海拔升高或氣壓降低而增加。高海拔低氣壓使高壓電機(jī)的局部放電起始電壓降低，電暈起始電壓降低。

安裝現(xiàn)場的環(huán)境相對濕度過大以及粉塵附著在線棒絕緣表面，也將導(dǎo)致線棒的起暈電壓降低。絕緣材料需要適當(dāng)?shù)臏囟炔拍芡耆袒?，安裝現(xiàn)場溫度過低，使得絕緣材料固化不完全，導(dǎo)致耐壓擊穿。因此，保證安裝現(xiàn)場的環(huán)境相對濕度及溫度和粉塵符合安裝要求是降低環(huán)境因素影響的重要措施。

1.2下線安裝因素對耐壓試驗(yàn)的影響

線棒在過度外力作用下，會使絕緣產(chǎn)生細(xì)小裂痕，或者現(xiàn)場手包絕緣和絕緣盒灌注時也容易產(chǎn)生空隙。如果有氣體填充到裂痕或空隙之中，在高電壓下氣體將產(chǎn)生游離。氣隙的游離造成的后果主要有以下幾方面：

1) 造成電場的局部畸變，改變介質(zhì)中原有的電壓分布，使局部介質(zhì)承受過高的場強(qiáng)；

2) 氣隙游離出來的帶電質(zhì)點(diǎn)在電場的作用下，撞擊氣泡壁的絕緣物，使其分解。一般會分解出如氫、氮、氧和烴類等氣體，并留下一些固態(tài)的聚合物。這些新分解出來的氣體又將加入游離過程中去。

3) 產(chǎn)生O2和NO2等氣體。當(dāng)有潮氣存在時，NO2還可能與潮氣結(jié)合成亞硝酸或硝酸，對絕緣材料及金屬都會產(chǎn)生腐蝕。O2和NO2對許多常用絕緣材料有很強(qiáng)的化學(xué)破壞作用。

這樣，氣泡的游離，通過上述多種效應(yīng)的綜合，將近旁的絕緣物分解、破壞，并沿電場方向逐漸向絕緣層深處發(fā)展，最終可能導(dǎo)致絕緣被貫通擊穿。

同時，絕緣擊穿還存在累積效應(yīng)，即單次耐壓試驗(yàn)投入到絕緣介質(zhì)中的能量不足以完全擊穿絕緣，產(chǎn)生了不完全擊穿。有實(shí)驗(yàn)證明，不完全擊穿具有累積效應(yīng)，即介質(zhì)的擊穿電壓隨著過去承受過的不完全擊穿次數(shù)的增加而降低。裂痕使得出現(xiàn)累積擊穿的幾率變大。

下線過程中外力造成的絕緣損傷主要有以下兩方面：

1) 定子鐵心槽型尺寸偏差比較大，現(xiàn)場安裝時圖省事按同一尺寸進(jìn)行半導(dǎo)體槽襯包繞，導(dǎo)致有些槽下線困難，需要用力將線棒敲入槽內(nèi)，造成線棒絕緣有一定的損傷。

2) 帶端箍支架結(jié)構(gòu)的定子裝配，在端箍安裝調(diào)整時，未考慮到下線時線棒端部和端箍之間還需要墊滌綸氈，以致實(shí)際下線時線棒無法靠緊槽底，只能靠壓線工具加力將線棒壓靠到槽底，造成線棒局部點(diǎn)受力過大，導(dǎo)致絕緣損傷。

除了外力造成的絕緣損傷外，定子下線過程中有很多連接部分的絕緣都是在現(xiàn)場手工包扎。手工包扎過程中的包繞緊度和涂膠均勻度會造成手包絕緣中存在氣隙。在絕緣盒灌注時，灌注膠的配比和灌注速度會造成絕緣盒內(nèi)絕緣產(chǎn)生氣泡。

除此之外，端箍支架加工及安裝過程中端箍支架的尖角未修圓滑，造成尖端放電現(xiàn)象，下線過程中將半導(dǎo)體材料沾附在線棒高阻段也是造成耐壓試驗(yàn)不合格的原因。

2解決方法

2.1降低環(huán)境因素的影響

為了將環(huán)境因素的影響降到最低，安裝現(xiàn)場需要做到以下幾點(diǎn)。

1) 機(jī)座內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量除濕機(jī)及加熱器，應(yīng)經(jīng)常投入使用，保證安裝現(xiàn)場最低氣溫不低于5℃，晝夜溫差不大于7 K、空氣相對濕度在80%以下。環(huán)境溫度、濕度相對穩(wěn)定，安裝現(xiàn)場環(huán)境要清潔無粉塵。

2) 在機(jī)坑外較方便固定位置搭建封閉配膠房和硅橡膠槽襯繞包房，以防止金屬粉塵、灰塵、雜物等進(jìn)入作業(yè)區(qū)。在定子機(jī)座與施工平臺間搭設(shè)適當(dāng)高度封閉安裝間，以防止金屬粉塵、灰塵、雜物等進(jìn)入下線作業(yè)區(qū)。

3) 用醫(yī)用膠布將上齒壓板間四周縫隙全部粘貼封死，防止膠液、金屬粉塵、灰塵、雜物等進(jìn)入，下線全部結(jié)束后再拆掉醫(yī)用膠布。

4) 設(shè)專人負(fù)責(zé)下線作業(yè)區(qū)、配膠封閉房和硅橡膠槽襯繞包封閉房的衛(wèi)生清潔，用吸塵器吸塵，并拖洗地面。

5) 下線過程中安裝現(xiàn)場應(yīng)有措施控制進(jìn)入下線區(qū)域的無關(guān)人員數(shù)量。

6) 為了保證各種半導(dǎo)體材料和絕緣材料的固化時間符合規(guī)范要求，下線之前需要對所有用到的材料進(jìn)行固化試驗(yàn)，并詳細(xì)記錄現(xiàn)場的環(huán)境溫度和濕度，以及固化時間。如果環(huán)境溫度低導(dǎo)致固化時間過長，則需要采取加熱措施，縮短固化時間，保證所有半導(dǎo)體材料和絕緣材料完全固化后再進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

2.2避免人為因素造成絕緣損傷

下線過程中為避免人為因素造成絕緣損傷，安裝人員應(yīng)做到：

1) 在定子鐵心疊裝過程中盡量保證槽型尺寸一致。下線之前應(yīng)抽測槽型尺寸，發(fā)現(xiàn)尺寸偏差大的槽做出明顯標(biāo)記，在下線過程中應(yīng)根據(jù)槽型實(shí)際尺寸調(diào)整半導(dǎo)體槽襯的厚度，使線棒易于嵌入槽內(nèi)，不允許大力敲擊線棒。

2) 在裝配端箍支架時，先要將下層線棒靠緊槽底，并用壓線工具壓牢。然后在端箍和線棒之間墊2 mm厚的環(huán)氧玻璃布板以保證線棒和端箍支架之間有間隙。調(diào)整好搭塊距離后再進(jìn)行焊接。

3) 在下線過程中，只能用橡皮錘或者木錘輕輕敲擊線棒，不得使用銅錘等金屬材料的工具。使用壓線工具壓住線棒即可，不可用力過大。力度以在壓線墊條上僅有輕微壓痕為準(zhǔn)。

2.3嚴(yán)格按工藝規(guī)范操作

現(xiàn)場手工包絕緣時用力要均勻，必須嚴(yán)格按工藝規(guī)范進(jìn)行刷膠，保證手包絕緣內(nèi)無氣隙。絕緣盒灌注膠在使用前必須做固化試驗(yàn)。待灌注膠固化后需將絕緣切開，觀察絕緣內(nèi)部是否存在氣泡。在灌注過程中將灌注膠慢慢的倒入絕緣盒內(nèi)，防止產(chǎn)生氣泡。

2.4重視清理工作

下線過程中每一步的清理工作需要重視。

1) 下線前槽內(nèi)噴1235半導(dǎo)體防電暈漆時注意不要噴在上、下齒壓板和壓指上。

2) 端箍搭塊安裝前應(yīng)清理，去毛刺，有尖點(diǎn)的地方圓滑過渡。

3) 在線棒綁扎前，應(yīng)用丙酮徹底清理線棒斜邊處，仔細(xì)檢查線棒上是否沾附有半導(dǎo)體材料或者是粉塵等污染物，直到確認(rèn)無污染物后才可以進(jìn)行綁扎。

4) 每次耐壓試驗(yàn)前要仔細(xì)清理，線棒間不得有雜物存在，特別是半導(dǎo)體槽襯和硅橡膠等的殘留物。清理干凈后才可以進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

3結(jié)語

目前已經(jīng)成功研制了電壓等級為24 kV和26 kV的定子線棒。通過此次工藝攻關(guān)，完善了20 kV以上電壓等級高海拔定子下線的安裝工藝文件。通過對安裝現(xiàn)場環(huán)境因素以及安裝人為因素進(jìn)行了嚴(yán)格控制，優(yōu)化了安裝工藝方法，提出了問題的解決方案，為其他高海拔高電壓等級定子安裝進(jìn)行技術(shù)儲備，提高水輪發(fā)電機(jī)定子安裝質(zhì)量。