大型水輪發(fā)電機(jī)定子線棒電暈處理和分析

毛業(yè)棟

(中國長江電力檢修廠，湖北 宜昌 443000)

三峽電站某700 MW發(fā)電機(jī)定子線棒端部防暈結(jié)構(gòu)為多級防暈結(jié)構(gòu)，線棒端部防暈層從線棒低阻直線段至線棒端部依次為低電阻防暈層、第一級高電阻防暈層、第二級高電阻防暈層和第三級高電阻防暈層，其中低電阻防暈層與第一級高電阻防暈層之間的搭接長度為20 mm，防暈層外側(cè)覆蓋防暈保護(hù)層和覆蓋漆。這種線棒端部的多級防暈結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)線棒端部的表面電位較為平穩(wěn)的過渡，能夠有效抑制線棒端部電暈的產(chǎn)生。在該臺機(jī)組10余年實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)組狀態(tài)良好。但在近幾年的檢修維護(hù)過程中，定子線棒端部逐漸出現(xiàn)電暈現(xiàn)象且呈現(xiàn)逐年增多的趨勢。

1 電暈情況

2016年1月該臺機(jī)組進(jìn)行常規(guī)小修時，維護(hù)人員第一次在機(jī)組定子線棒端部發(fā)現(xiàn)明顯白色粉末，經(jīng)過判斷確認(rèn)該粉末為電暈放電痕跡(如圖1所示)。

圖1 定子線棒端部典型電暈痕跡圖

電暈放電痕跡存在的位置有兩種：第一種出現(xiàn)在線棒低電阻防暈層與第一級高電阻防暈層的搭接區(qū)附近；第二種出現(xiàn)在線棒的低電阻防暈層區(qū)域內(nèi)。電暈痕跡的外觀呈白色粉末狀，外形主要為斑點(diǎn)狀、線條狀或塊狀。經(jīng)過現(xiàn)場檢查，確認(rèn)該機(jī)組的電暈放電沒有傷及線棒防暈層及主絕緣，短期內(nèi)不會影響線棒的絕緣性能和機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)適當(dāng)處理后，檢修維護(hù)人員決定一邊觀察該臺機(jī)組的電暈處理效果，一邊跟蹤電暈的長期發(fā)展趨勢，經(jīng)過將近3年的跟蹤觀察，該臺機(jī)組的電暈數(shù)量增長如表1所示。

表1 電暈數(shù)量增長統(tǒng)計表

2 電暈分布統(tǒng)計與原因分析

維護(hù)人員對電暈出現(xiàn)的位置及發(fā)生電暈線棒的安裝位置進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計，對線棒的運(yùn)行電位進(jìn)行了計算并與電暈產(chǎn)生位置進(jìn)行了對比分析。

1)按產(chǎn)生電暈的線棒在定子中所處的位置劃分，電暈出現(xiàn)在上下層線棒及線棒的上下端的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，該機(jī)組的電暈在上下層線棒的數(shù)量大致相當(dāng)，但定子線棒上端的電暈數(shù)量大大超過下端。

表2 線棒位置與電暈數(shù)量統(tǒng)計表

2)按電暈在線棒端部位置劃分，電暈出現(xiàn)在線棒低電阻防暈層與第一級高電阻防暈層的搭接區(qū)(以下簡稱高低阻搭接區(qū))和低電阻防暈層的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示。表3數(shù)據(jù)反映出該機(jī)組的電暈更多發(fā)生在線棒端部防暈層的高低阻搭接區(qū)。

表3 電暈產(chǎn)生部位與數(shù)量統(tǒng)計表

3)對比電暈線棒與該線棒的運(yùn)行電位關(guān)系(表4)，其中線棒運(yùn)行電位最低視為0 V，最高為11.55 kV(發(fā)電機(jī)出口線電壓20 kV)。根據(jù)表4的數(shù)據(jù)，本臺機(jī)組的電暈更多地發(fā)生在運(yùn)行電位較高的線棒端部，其中77%的電暈出現(xiàn)在運(yùn)行電位大于9kV的線棒端部。

表4 線棒電位與電暈數(shù)量統(tǒng)計表

4)電暈產(chǎn)生原因分析。該發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，油霧較大，粉塵與油霧混合后形成油污。由于該機(jī)組線棒端部防暈結(jié)構(gòu)中，線棒第一級高電阻防暈層首端(即高低阻搭接區(qū))的電位梯度最大，電場強(qiáng)度最集中。因此在高電位運(yùn)行的線棒的高低阻搭接區(qū)更易吸附黑色的油污并逐漸堆積形成電阻值較低的污染層(含碳粉)。該污染層在運(yùn)行時由于電導(dǎo)損耗發(fā)熱，污染層中的油污在局部強(qiáng)電場和高溫的雙重作用下逐漸被分解，并碳化。碳化導(dǎo)致該部位的電場強(qiáng)度進(jìn)一步增加，進(jìn)而引起線棒表面局部區(qū)域形成穩(wěn)定的電暈放電，經(jīng)過長期的累積在線棒表面形成電暈放電痕跡即白色粉末。

由于本臺發(fā)電機(jī)在長期運(yùn)行中，上端油霧比下端更為嚴(yán)重，因此定子上端發(fā)生電暈的數(shù)量較下端更多。

3 電暈處理措施及效果

本臺機(jī)組采用的電暈處理方法及步驟如下：①徹底清理發(fā)電機(jī)定子端部的臟污及電暈痕跡；②局部打磨線棒端部低阻防暈層表面的紅瓷漆，要求低阻防暈層暴露不少于1 cm2；③局部打磨該線棒附近的鐵心表面油漆，鐵心表面裸露的金屬表面不得少于1 cm2；④做好防護(hù)措施，在定子線棒端部低阻防暈區(qū)域(線棒高出鐵心0～80 mm)內(nèi)1/2半疊繞涂刷有室溫固化低電阻防暈漆的玻璃絲帶，然后在打磨的鐵心與線棒低阻防暈區(qū)之間涂刷室溫固化低電阻防暈漆，晾干24 h；⑤再次做好防護(hù)措施，在線棒端部高低阻搭接區(qū)(線棒端部距槽口60 mm以上)至斜邊墊塊的第一級高阻防暈區(qū)域內(nèi)1/2半疊繞涂刷有室溫固化高阻防暈漆的玻璃絲帶，室溫固化高阻防暈漆在高低阻防暈搭接區(qū)(線棒高出鐵心約60～80 mm)應(yīng)與低阻漆形成良好的搭接過渡，晾干24 h；⑥在高阻防暈層外涂刷室溫固化環(huán)氧膠DECJ0708，固化24 h；⑦線棒表面涂刷紅瓷漆；⑧在1.1Un試驗(yàn)電壓下檢驗(yàn)處理效果。

處理后的定子線棒端在1.1Un試驗(yàn)電壓下無明顯電暈放電點(diǎn)，同時使用紫外成像儀作為輔助觀測手段觀測電暈處理部位的光子數(shù)通常不大于500，通過試驗(yàn)證明本次電暈處理效果良好。

在開展大面積的電暈處理前，發(fā)電廠維護(hù)人員使用本電暈處理方法于2016年4月在該臺機(jī)組上進(jìn)行了第一次電暈處理試驗(yàn)，于2017年4月進(jìn)行了第一次檢查，2017年12月進(jìn)行了第二次電暈處理試驗(yàn)并進(jìn)行了第二次檢查，2018年10月進(jìn)行了第三次檢查。試驗(yàn)結(jié)果見表5所示。

表5 電暈處理試驗(yàn)結(jié)果表

試驗(yàn)結(jié)果顯示，第91槽和第201槽定子線棒端部電暈在處理后的近3年時間內(nèi)沒有再次發(fā)生；其余三個電暈處理點(diǎn)在近1年的運(yùn)行后也沒有再次出現(xiàn)?；究梢钥隙ú捎帽咎幚矸椒ㄟM(jìn)行電暈處理取得的效果良好。鑒于此，發(fā)電廠決定在2018年10月對該機(jī)組的其余全部電暈點(diǎn)進(jìn)行電暈專項處理。

4 結(jié) 語

通過本次電暈處理，對該臺發(fā)電機(jī)電暈的發(fā)展過程有了較為全面的了解，判定了當(dāng)前的電暈發(fā)展情況暫不會影響發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對于后續(xù)進(jìn)行該臺發(fā)電機(jī)電暈發(fā)展過程的跟蹤和電暈處理試驗(yàn)提供了前提和安全保障。通過對本臺發(fā)電機(jī)電暈產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，證實(shí)了發(fā)電機(jī)端部臟污對電暈的產(chǎn)生有較為明顯的影響，提醒了維護(hù)人員應(yīng)適當(dāng)增加發(fā)電機(jī)定子線棒端部的清潔頻率。同時，本次電暈的處理方法對發(fā)電機(jī)的電暈預(yù)防及處理提供了較好的借鑒。