近尾洲電廠定子線棒改造工藝研究

蘇 曉

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410004）

0 概述

近尾洲水電廠坐落于湖南省衡陽(yáng)市衡南縣近尾洲鎮(zhèn)，安裝3臺(tái)由奧地利ELIN公司生產(chǎn)的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量21.06 MW，額定轉(zhuǎn)速75 r/min；額定電壓10.5 kV，額定電流1 286.7 A，發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)是480槽雙層繞組，3相星形接線，中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。

近尾洲水電廠于2000年12月首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，2002年2月3臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)。機(jī)組通過10多年的運(yùn)行,設(shè)備健康狀況慢慢下降,在2014年11月進(jìn)行1號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修的過程中發(fā)現(xiàn)48號(hào)定子線棒中間部位1塊槽楔板脫落,伴隨有電腐蝕產(chǎn)生的白色粉末狀物質(zhì)，并且存在多根線棒（包括48號(hào)線棒）槽口存在電腐蝕現(xiàn)象，之后對(duì)48號(hào)上層線棒進(jìn)行更換，發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)線棒電腐蝕非常嚴(yán)重，絕大部分半導(dǎo)防暈層并包括層間墊條已被電腐蝕成白色粉末，槽內(nèi)和槽口鐵心表面還有生銹跡象。同時(shí)檢查近尾洲電廠2號(hào)、3號(hào)機(jī)組也發(fā)現(xiàn)多處槽口存在電腐蝕現(xiàn)象，由此可以推斷其他機(jī)組定子槽內(nèi)也可能存在電腐蝕現(xiàn)象。

1 電腐蝕產(chǎn)生原因

電腐蝕的產(chǎn)生是局部放電達(dá)到一定程度的結(jié)果，局部放電是發(fā)生在高壓絕緣空隙中的小電火花，當(dāng)電壓應(yīng)力超過了在這些空隙中存在的氣體的電擊穿強(qiáng)度時(shí)，局部放電就會(huì)發(fā)生。在發(fā)電機(jī)定子線棒槽口，線棒絕緣表面的電場(chǎng)分布是不均勻的，當(dāng)發(fā)電機(jī)槽口電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，附近氣體的帶電離子發(fā)生局部游離，出現(xiàn)藍(lán)色的熒光，并伴有放電響聲，我們稱之為電暈，在放電的同時(shí)也伴隨著臭氧的發(fā)生。電腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展可使絕緣破壞或者線棒擊穿。

槽內(nèi)電腐蝕主要由于半導(dǎo)防暈層沒有起到良好的效果，線棒半導(dǎo)防暈層與鐵心內(nèi)槽沒有良好接觸，不能讓電勢(shì)差形成平緩過渡而形成明顯電位差，產(chǎn)生容性放電，通過長(zhǎng)時(shí)間的作用之后從而發(fā)生槽內(nèi)電腐蝕現(xiàn)象。

1.1 原工藝存在缺陷

近尾洲電廠定子鐵心槽設(shè)計(jì)寬度為16.7 mm，線棒設(shè)計(jì)寬度為16.1 mm，ELIN公司采用的下線工藝是用半導(dǎo)硅膠填充線棒與鐵心之間的間隙，在下線過程中采取在線棒直線部分靠近槽底部位涂抹適量硅膠，通過下線過程中線棒與鐵心之間的擠壓，讓多余半導(dǎo)硅膠填滿線棒與鐵心之間的間隙，然而此種工藝在實(shí)施過程中難以控制，工作人員添加的半導(dǎo)硅膠量不夠，導(dǎo)致在下線過程中線棒半導(dǎo)防暈層與鐵心之間沒有被半導(dǎo)硅膠充分填滿，存在空氣間隙，這勢(shì)必導(dǎo)致線棒半導(dǎo)防暈層表面與定子鐵心表面存在電位差而可能產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，并伴隨電腐蝕的產(chǎn)生，從而損壞線棒半導(dǎo)防暈層，更進(jìn)一步損壞線棒主絕緣，通過拆除線棒可以很明顯的發(fā)現(xiàn)這兩點(diǎn)缺陷，線棒的絕大部分半導(dǎo)層已被腐蝕殆盡，主絕緣云母帶直接裸露在外。

1.2 空氣濕度的影響

近尾洲水電廠位于湖南衡陽(yáng)，地處中南地區(qū)凹形面軸帶部分，構(gòu)成典型的盆地形勢(shì)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，入春后降水較集中，空氣濕度偏大。且近尾洲投產(chǎn)運(yùn)行之后在燈泡頭增加了碳粉室外排除裝置，這樣勢(shì)必會(huì)將廠房?jī)?nèi)潮濕空氣沿著豎井帶入燈泡頭（特別在每年春夏之際空氣非常潮濕,空氣中水分在抗壓蓋板與燈泡頭豎井處遇冷而結(jié)露）,從而增加燈泡頭內(nèi)空氣整體濕度，空氣中的水分也會(huì)經(jīng)過擋風(fēng)板之間的間隙進(jìn)入風(fēng)洞跟隨冷卻系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)，增加風(fēng)洞內(nèi)空氣濕度，從而影響線棒電腐蝕。

1.3 設(shè)計(jì)缺陷

近尾洲電廠發(fā)電機(jī)組冷卻方式為密閉內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)。3個(gè)風(fēng)管裝有6臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)送經(jīng)轉(zhuǎn)子支架上、下圓盤上的6個(gè)通風(fēng)孔，然后流經(jīng)下游側(cè)定子線棒端部、磁極間通風(fēng)孔進(jìn)入定、轉(zhuǎn)子間氣隙，在上游側(cè)定子線棒端部匯合后，通過6個(gè)空氣冷卻器回到軸流風(fēng)機(jī)，形成一個(gè)密閉循環(huán)的通風(fēng)系統(tǒng)。在運(yùn)行過程中,風(fēng)洞下游側(cè)空氣溫度為36 ℃左右,上游側(cè)空氣溫度為54 ℃左右,線棒最高溫度可達(dá)90℃以上，從通風(fēng)冷卻角度看，定子溫度沿軸向分布不均勻，上游側(cè)線棒溫度高于下游側(cè)線棒溫度；定子溫度縱向分部也不均勻，因?yàn)榭諝鉁囟仍礁呙芏仍叫〉奈锢硇再|(zhì)導(dǎo)致上端部線棒溫度高于下部線棒溫度。

2 改進(jìn)工藝提高防暈效果

定子線棒主絕緣為F級(jí)，采用多層粉云母帶組成，外包防暈帶，與主絕緣一次模壓整體成型。

（1）線棒與鐵心間隙填充改為槽襯布包裹硅膠之后再包繞線棒下線，能更充分保證線棒與定子鐵心壁之間良好接觸，形成電位平緩過渡，并且硅膠偏軟的物理性質(zhì)可以緩沖機(jī)組振動(dòng)給線棒的沖擊力。

（2）待定子鐵心槽內(nèi)衛(wèi)生清掃干凈之后線棒下線之前，在定子鐵心槽內(nèi)噴涂半導(dǎo)漆（X8003），提高防暈效果。

（3）改善槽楔裝配工藝，施工過程中使用楔下墊條代替ELIN公司使用的硅膠填充方式，此舉雖然在槽楔裝配工藝上有點(diǎn)繁瑣，但是線棒散熱和線棒壓緊程度優(yōu)于之前工藝方法，便于鐵心與槽襯布良好接觸，達(dá)到良好防電暈效果。

（4）改善端頭盒澆筑工藝，使用環(huán)氧樹脂膠澆筑絕緣盒，絕緣效果更佳良好。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)分析

近尾洲電廠本次定子改造線棒由東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，在工程中相對(duì)之前有工藝改進(jìn)，所以在施工過程中存在諸多技術(shù)要點(diǎn)控制。

3.1 原定子線棒拆除

施工過程中要求注意鐵心保護(hù)，避免損壞鐵心導(dǎo)致鐵心變形，或者導(dǎo)致硅鋼片之間短路，若有發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)修復(fù)，通過鐵損實(shí)驗(yàn)進(jìn)行判斷。

3.2 鐵心槽內(nèi)半導(dǎo)硅膠清理、生銹部位處理

通過測(cè)量得出近尾洲電廠定子鐵心槽寬度為16.8 mm左右，線棒設(shè)計(jì)寬度為16.1 mm，為了能夠保證下線工藝滿足要求，必須將之前殘留粘附在定子鐵心內(nèi)的半導(dǎo)硅膠清除干凈，保證定子線棒下線過程中槽襯布能夠與定子鐵心良好接觸，達(dá)到防電暈的效果。同時(shí)也保證下線過程中不給線棒增添外來阻力。禁止使用鐵器等金屬物件施工，防止損壞硅鋼片及片間絕緣，每道鐵心槽內(nèi)硅膠清掃干凈后要用通槽棒逐一驗(yàn)收。在鐵心內(nèi)生銹部位處理打磨過程中要順延硅鋼片方向進(jìn)行處理，同時(shí)要將處理后的鐵銹和粉末雜質(zhì)清除干凈。

3.3 槽襯布包繞工藝要求

近尾洲電廠定子鐵心已運(yùn)行10多年，通過鐵心槽測(cè)量數(shù)據(jù)得出鐵心槽寬有輕微變形，并且線棒生產(chǎn)為模壓成型，線棒各部位尺寸肯定存在偏差，為了填充線棒與鐵心之間間隙的同時(shí)又保證線棒半導(dǎo)防暈層與定子鐵心接觸良好，東芝公司采用半導(dǎo)槽襯布折疊裹硅膠后再纏繞于線棒直線部分，利用硅膠的柔性將槽襯布支撐于線棒與鐵心接觸。將槽襯布對(duì)折進(jìn)行包繞，下線后槽襯布開口朝上，包繞間隙為3～5 mm，包繞起始及結(jié)束位置用剪刀將槽襯布剪出斜口搭界，保證整齊。硅膠涂覆及包繞過程應(yīng)在恒溫干燥環(huán)境中進(jìn)行，并且不能讓硅膠附于槽襯布表層。槽襯布包繞的起始及結(jié)束位置需超出鐵心15 mm。

3.4 定子線下工藝要求

線棒壓入槽內(nèi)時(shí)，不能用手壓線棒彎部，只能壓線棒的直線部分，避免線棒偏向受力而損壞線棒，且壓入線棒時(shí)需上下2人同時(shí)使用恒壓力（禁止使用寸勁），保證受力均勻，同時(shí)，在線棒下線時(shí)禁止使用工具敲擊線棒中部。線棒下線完成后壓緊工具不能太松，避免線棒沒有貼到槽低，導(dǎo)致線棒安裝不牢固同時(shí)導(dǎo)致槽襯布與鐵心接觸不好；也不能太緊，避免讓線棒承受太大壓力而損傷線棒絕緣，或使線棒受力不均勻而變形。

3.5 槽楔裝配工藝要求

近尾洲電廠定子共480槽，每槽裝配7片槽楔，共3 360片槽楔。在裝配槽楔之前要將燕尾槽內(nèi)硅膠清除干凈。根據(jù)槽楔與線棒之間的空隙選擇合適的楔下墊條（楔下墊條厚度有型號(hào)為：0.2 mm、0.5 mm、1 mm、2 mm,），并在槽楔打入的過程中及時(shí)根據(jù)槽楔的松緊度調(diào)整楔下墊條的厚度，槽楔打入后用打音的方法檢查槽楔的空鼓情況（單根槽楔空鼓部分不能超過1/3，兩端槽楔不能空鼓）。

對(duì)于兩端的槽楔，在打入之后應(yīng)按照廠家要求，在槽楔外邊面與燕尾槽接觸位置涂抹環(huán)氧樹脂膠固定（按照A/B組分5:1配比調(diào)制）。

3.6 并頭銅排焊接

所有線棒之間的端部連接（包括匯流銅排）均采用銀銅硬焊連接方式，各焊接接頭焊料充實(shí)。線棒端頭主絕緣在焊接過程中因高溫而碳化變黑的部分要清理干凈；焊接表面處理光滑：無(wú)棱角、銹蝕、氣孔及空洞現(xiàn)象出現(xiàn)，單個(gè)焊接接頭的直流電阻測(cè)量值測(cè)量合格。

3.7 端頭盒澆筑

端頭盒環(huán)氧樹脂膠澆筑前應(yīng)進(jìn)行固化試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論確定攪拌時(shí)間和作業(yè)時(shí)間。環(huán)氧樹脂澆筑絕緣盒相比于之前絕緣等級(jí)更好。

4 試驗(yàn)結(jié)論

定子線棒改造后的質(zhì)量通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考究。

4.1 線棒抽檢試驗(yàn)

對(duì)線棒總數(shù)含備品共計(jì)1 056根進(jìn)行抽檢，其中絕緣電阻、起暈、耐壓按5%（取整按53根）抽試率抽檢；介損按3%（取整按32根）抽試率抽檢。

（1）絕緣電阻：用2 500 V兆歐表，單根線棒絕緣電阻值最低為21.7 GΩ，合格。

（2）起暈試驗(yàn)：?jiǎn)胃€棒在1.5 Un即15.75 kV暗室目視觀察不起暈，合格。

（3）介損：抽檢常態(tài)介質(zhì)損耗角正切tgδ%最大1.47（要求tgδ0.2 Un≤2%）；抽檢常態(tài)介質(zhì)損耗角正切增量△tgδ%最大為0.945（要求tgδ0.6 UN-tgδ0.2 UN≤1%）。

（4）耐壓：?jiǎn)胃€棒工頻耐壓2.75 UN+2.5 kV即31.4 kV，1 min絕緣未擊穿,高阻未出現(xiàn)閃烙、燒損現(xiàn)象，合格。

4.2 線棒交流耐壓

下層線棒嵌裝后加電壓至（2.5 Un+ 2 kV）即28.25 kV 1 min通過；上層線棒嵌裝后加電壓至（2.5 Un+1 kV）即27.25 kV 1 min通過。

4.3 槽電位抽檢試驗(yàn)

下線完成后對(duì)上下層線棒進(jìn)行槽電位抽檢測(cè)量，槽電位均低于0.35 V，非常符合規(guī)程要求（≤10 V）。

4.4 定子線棒改造完成之后整體試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：環(huán)溫：12 ℃ 線棒溫度：41 ℃ 濕度：45%

（1）絕緣電阻測(cè)量（表1，單位：MΩ）

表1

（2）直組測(cè)試（表2，單位:mΩ）

表2

（3）直流耐壓及泄漏電流數(shù)據(jù)（表3，單位：μA）

表3

（4）交流耐壓數(shù)據(jù)（表 4）

表4

通過數(shù)據(jù)觀察，新定子線棒各項(xiàng)指標(biāo)合格，效果非常好，可以投入運(yùn)行。

5 總結(jié)

近尾洲電廠1號(hào)機(jī)組定子線棒改造后在開機(jī)過程中升壓、升流等各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，運(yùn)行過程中其實(shí)際的出力、振動(dòng)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)滿足要求，運(yùn)行中定子線棒溫度、定子鐵心溫度相比改造前平均降低7 ℃左右，現(xiàn)在整體運(yùn)行狀況良好，徹底解決了定子線棒槽口電腐蝕、槽內(nèi)電腐蝕情況。保證了機(jī)組的安全健康穩(wěn)定運(yùn)行。后續(xù)近尾洲電廠將繼續(xù)進(jìn)行剩余2號(hào)、3號(hào)機(jī)組的定子線棒改造。其他同類型電廠也可借鑒此工藝技術(shù)。