水輪發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣降低的分析及絕緣恢復(fù)方法探討

李燊

摘 要：引起水輪發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣降低的因素一般有三個(gè)方面：（1）絕緣加工工藝問(wèn)題；（2）絕緣老化或意外損傷；（3）受潮原因所致。定子繞組有良好的絕緣是確保發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵之一，若在絕緣不良的狀況下運(yùn)行是極危險(xiǎn)的，在高電壓沖擊下，會(huì)導(dǎo)致繞組薄弱環(huán)節(jié)瞬間擊穿，造成繞組相間、匝間、對(duì)地等，嚴(yán)重時(shí)三者同時(shí)存在。故發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣達(dá)不到要求后，必須對(duì)絕緣降低的原因進(jìn)行分析和采取相應(yīng)處理措施來(lái)恢復(fù)絕緣值。文章通過(guò)實(shí)例，闡述同類別發(fā)電機(jī)繞組絕緣降低的成因分析和處理措施。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；絕緣恢復(fù)；發(fā)電機(jī)定子

西江坪水電站總裝機(jī)為2×3200KW，主接線采用擴(kuò)大單元接線，發(fā)電機(jī)出口端電壓6.3kV，于1997年底投入運(yùn)行。由于該站地處桂北山區(qū)，受亞熱帶氣候影響，春、夏兩季陰雨天氣多，電站周圍環(huán)境空氣濕度大，發(fā)電時(shí)間受季節(jié)性影響開(kāi)停機(jī)頻繁，這對(duì)發(fā)電機(jī)繞組絕緣影響是很大的。

2002年3月份的停機(jī)維護(hù)后，開(kāi)機(jī)前用2500V兆歐表測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣時(shí)出現(xiàn)，15秒時(shí)絕緣電阻值僅有300MΩ，60秒時(shí)僅有500MΩ，雖然吸收比為1.67符合《電力設(shè)備設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的要求（吸收比K≥1.3），但絕緣電阻值已降至很低，不能滿足開(kāi)機(jī)建壓的要求，必須設(shè)法使絕緣電阻值恢復(fù)要求。經(jīng)嘗試采用在發(fā)電機(jī)進(jìn)出風(fēng)口和機(jī)坑內(nèi)各放置一臺(tái)2500W的電爐，將進(jìn)出風(fēng)口端蓋關(guān)上，利用發(fā)電機(jī)空轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)將潮氣帶走，使絕緣電阻值恢復(fù)，這一方法達(dá)不到預(yù)期效果。于是，根據(jù)發(fā)電機(jī)電氣接線和機(jī)組情況進(jìn)行分析，采用發(fā)電機(jī)定子繞組短路干燥方法進(jìn)行試驗(yàn)。

具體操作步驟為：

（1）將發(fā)電機(jī)首尾端分別短接（首端短接點(diǎn)在發(fā)電機(jī)母線與主變低壓側(cè)電纜連接處），并將主變低壓側(cè)電纜甩開(kāi)；（2）將發(fā)電機(jī)端電壓互感器和勵(lì)磁變甩開(kāi)；（3）切除主變差動(dòng)保護(hù)，將用于主變差動(dòng)保護(hù)的電流互感器5LH副邊短接；（4）讓發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下空轉(zhuǎn)；（5）用直流焊機(jī)作它勵(lì)電源給轉(zhuǎn)子加入勵(lì)磁電流，控制發(fā)電機(jī)定子電流逐步升高，使定子溫升保持每小時(shí)5～8度范圍，最高溫度不能超過(guò)80度；（6）干燥一定時(shí)間后，逐步降低定子電流，使定子繞組溫度以每小時(shí)5～8度下降至常溫并停機(jī)；（7）測(cè)量定子繞組絕緣值，滿足開(kāi)機(jī)建壓最低要求后（15秒1000MΩ、60秒1300MΩ，K≥1.3），恢復(fù)正常接線，短路干燥結(jié)束。

這種方法有一點(diǎn)是需特別注意的，考慮到有利于干燥接線，我們將首端的短接點(diǎn)選在5LH前端，5LH與8LH是用作主變差動(dòng)保護(hù)的，根據(jù)變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的接線原理可知，若5LH副邊不短接，進(jìn)行短路干燥時(shí)，5LH原邊會(huì)有電流流過(guò)，其副邊必將有感應(yīng)，并通過(guò)8LH副邊構(gòu)成電流通路，8LH副邊流過(guò)電流后，勢(shì)必在其原邊產(chǎn)生感應(yīng)，并通過(guò)與其連接的主變低壓側(cè)構(gòu)成通路，這樣主變就成了8LH的負(fù)載，這顯然會(huì)造成8LH過(guò)熱而損壞，為機(jī)組安全運(yùn)行埋下事故隱患。

采用短路干燥的方法恢復(fù)發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣，雖然效果明顯，但其技術(shù)要求較高，操作較為繁瑣，而機(jī)組停機(jī)一段時(shí)間后，其絕緣電阻值又降至很低，頻繁采用短路干燥方法，不僅耗費(fèi)人力，還會(huì)增加發(fā)電機(jī)組機(jī)械部分的磨損、加快定子繞組絕緣的老化，縮短發(fā)電機(jī)的使用壽命。為進(jìn)一步摸清造成定子繞組絕緣降低的原因，打開(kāi)發(fā)電機(jī)兩側(cè)端蓋進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部有很多粉塵，但未見(jiàn)絕緣老化及其他異常情況。由此分析，電站周圍存在冶煉企業(yè)，冶煉產(chǎn)生的大量粉塵飄浮在空中，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，大量粉塵經(jīng)發(fā)電機(jī)風(fēng)口吸入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，并附著在定子、轉(zhuǎn)子繞組表面，這些粉塵都是含有一定金屬元素的。停機(jī)后，附著在繞組表面的粉塵，不斷吸收周圍空氣中的水分，組成弱電解質(zhì)并離解生成離子，加快了水分對(duì)繞組絕緣的侵入和促使絕緣提高熱老化的速度，使其絕緣電阻值迅速下降。在摸清成因后，采取如下措施進(jìn)行處理。

首先將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊出，用專用工具和無(wú)水氣泵吹掃去轉(zhuǎn)子、定子繞組上附著的粉塵并拭擦干凈，接著用酚醛絕緣漆浸漬、烘干，以提高繞組絕緣性和防潮性。而后裝設(shè)自動(dòng)防潮裝置，該裝置主要由加熱部分、控制部分組成。根據(jù)發(fā)電機(jī)體積及散熱情況，共設(shè)計(jì)加熱容量9KW，由8塊紅外線元件分四路組成，每組0.75KW，分別固定在發(fā)電機(jī)兩側(cè)通風(fēng)口蓋板內(nèi)和發(fā)電機(jī)坑適當(dāng)?shù)奈恢谩ＭC(jī)后發(fā)電機(jī)出口負(fù)荷開(kāi)關(guān)輔觸點(diǎn)閉合，同時(shí)加熱自動(dòng)投入，轉(zhuǎn)子盤車轉(zhuǎn)動(dòng)下，熱量向四周擴(kuò)散均勻受熱，由熱電阻探頭測(cè)到模擬量，傳輸給溫控儀進(jìn)行比較、調(diào)節(jié)，達(dá)到了恒溫的目的。在此考慮到絕緣等級(jí)及絕緣材料的極限工作溫度，一般設(shè)定在50℃～60℃為佳。設(shè)定太高則促使絕緣材料老化，太低則達(dá)不到干燥防潮目的?？刂葡湓O(shè)定在主控室，通過(guò)遙控、遙測(cè)，值班人員可以了解發(fā)電機(jī)定子溫度，得知加熱電流，判斷越警一系列情況。在加熱中轉(zhuǎn)子還要保持一定的盤車速度，每分鐘100轉(zhuǎn)左右，以防轉(zhuǎn)子受熱不均對(duì)機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)，也有利于發(fā)電機(jī)內(nèi)部溫差的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

該裝置投運(yùn)以來(lái)，定子繞組絕緣值都處在1500MΩ以上，吸收比也高出了標(biāo)準(zhǔn)。此種方法既不會(huì)太大增加值班人員的工作量，對(duì)機(jī)組的磨損也不大，較短路干燥方法相比，操作程序簡(jiǎn)單了很多，技術(shù)要求也降低了，而效果也比較好。