水轮发电机主绝缘损坏原因探析及解决措施

发电机主绝缘损坏故障严重影响着中小型水轮发电机的健康可持续运行，给当地经济社会发展带来了不利影响，本文对水轮发电机主绝缘损坏原因探析及解决措施进行了探讨。  
关键词：水轮发电机；主绝缘损坏；原因分析  
    当前分布于全国各地的拥有小水电发电机组，为当地的经济社会发展作出了较大的贡献。但在安全生产和技术管理上存在着不少需要进一步研究解决的问题，其中发电机主绝缘损坏故障占有较大比例。  
1、设计、制造不良造成水轮发电机绝缘损坏  
1.1为降低成本和缩小体积，设计时主绝球裕全偏低，同时某些部位主绝缘包扎层数不够有脱节现象。  
    例如，某小型水电站机组于1988年底投产发电到2000年运行共12年，实际运行时间不到5万小时， 1996年就出现1号机差动保护在发电机升压过程中动作。经检查是A,B相相间主绝缘击穿。2号机在1998年大修过程中进行预防性直流耐压试验时突然击穿主绝缘。经查找为槽底线圈主绝缘对地击穿。经检查发现电机定子线圈绝缘偏薄，某些部位包扎不严，有多处绝缘开裂，不得不进行贴补处理。  
1.2生产工艺直接影响着发电机的质量。  
     水轮发电机组铁芯振动现象时有发生，而且在运行中往往较难正确判断。如某电站1990年投产的水轮发电机组，在投产后不久，运行人员发现机组升压并网后，当负荷带到一定程度时产生异常尖叫响声。经技术人员分析判断为铁芯振动。其主要原因是制造时芯片叠压得不够紧，引起硅钢片在运行中振动。如不及时处理可能会引起硅钢片因长期振动疲劳而折断，最后割破线圈绝缘造成接地短路或相间短路故障，严重时往往无法在现场修复，需要运回制造厂进行铁芯压紧和重新嵌线处理。经采用新工艺在现场压紧后，通过2倍于额定电压的直流泄漏试验和直流耐压试验，然后又进行1.5倍额定电压的交流耐压试验。目前运行还较正常。  
2运行环境对发电机主绝缘损坏的影响  
2.1运行环境温度直接影响电机的寺命。  
    已投入运行的小型水轮发电机组大多数采用沥青云母绝缘，这种绝缘采用云母带在  
整个线棒直线和端部连续包扎后，经真空浸漆处理，以消除端部搭接的缺点。但沥青软  
化点低，主绝缘耐热等级极限较低，一般为105K。真空浸漆工艺复杂，掌握不严就不易  
浸透，内部有可能存在气泡，造成线圈质量很不稳定。又由于某些电站为了提高运行水头  
厂房建设得很低，为了防止台汛季节尾水通过窗户淹没设备，多数主机层墙上没有设置通风透光窗户，运行环境温度很高，机组散热不良，加速绝缘老化。特别是有的线圈制造不良，绝缘材料含有气隙，使绝缘温差增大，最热点的温度直接缩短定子绝缘的使用寿命。  
2.2小水电站地处边远山区，在电气接线上往往处在线路的末端，电压偏移很大。  
    特别是丰水季节，400V机组的母线电压有时升高到470V, 6kV母线有时竟达到7kV。小型电站的并网变压器只有三档分接开关.远远不能满足实际运行的需要而不得不抬高发电机出口电压。  
    某电站低压机组1978年投产发电，由于长期的高温和电压偏高影响，在夏季发电时电机主绝缘对地击穿，弧光放电将电机的定子铁芯及机壳烧成一个大窟隆，致使  
事故后修复工作十分困难。  
3、不良检修对发电机主绝缘的破坏  
    立式水轮发电机进行扩大性检修时，多数需要吊出转子，并且水轮机的转轮也需要通过定子膛中吊出进行补焊。在起吊中如果稍有不小心或吊车技术不熟练就会撞击定子线圈。  
    某电站水轮发电机组在第一次大修过程中，由于水机底环锈蚀严重，使用顶起螺丝无法将底环吊出，改用15吨吊车硬性起吊，致使吊环脱落，而15吨吊钩猛烈撞击定子线圈端  
部，造成电机端部绝缘多处受伤。  
4、机组线圈主绝缘损坏的措施  
    （1)防止铁芯松动。在大修清扫定子铁芯时应注意观察，如发现铁芯出现红粉，表明该 
处有松动.可用电工刀及其他薄型片状工具进行试插松动程度，正常时铁芯齿部插入深度一般不超过3mm。运行中还要注意线圈的紧固情况，在上下层线圈同相且电流方向相同时，作用力最大都压向楷底。如果线圈在槽内固定不牢，就会发生振动导致线圈表面防晕层磨损破坏，同层异相线圈电流方向相反时产生切向交变弯曲力矩最大，也会破坏绝缘。对有松动的线圈应及时将槽楔打紧，必要时可用斜键槽楔。端部松动可用无纬玻璃丝带加强绑扎，绑扎后喷以环氧树脂漆固化。  
    （2)防止电腐蚀。使用环氧粉云母作主绝缘的水轮发电机组在运行中暴露出的问题主要是电腐蚀。电腐蚀分为内腐蚀和外腐蚀，内腐蚀是因为主绝缘和防晕半导体支间有气隙，对地电压分配在主绝缘和气隙两种不同的介质上.使气隙游离放电;外腐蚀是因为防晕层与铁芯间气隙游离放电。内腐蚀首先破坏主绝缘和导线之问的粘结胶，使绝缘脱壳、胶线松散。产生电磁振动、胶线磨细折断，损坏主绝缘;外腐蚀首先是磨破防晕层，加剧电晕放电，造成线圈表面绝缘损伤。  
    为了防止电腐蚀，可采用下列措施:  
    (1)电腐蚀的轻重程度与线圈所处电压有关，腐蚀大部发生在发电机电压大于4kV以上线圈中，可在电机运行一段时间后，采取线圈中心点与出线端倒位措施缓解。  
    (2)运行电机若发现有臭氧味，往往是电腐蚀的前兆，可用局部放电仪进行检查。小水电系统一般都不具备这个条件，可以在环境较暗的情况下用肉眼进行初步观察。若在线圈槽口与线圈端箍连接处等部位出现兰色辉光，则有电晕现象。需要进行检修处理。  
参考文献：  
1. 水轮发电机磁极线圈匝间绝缘的检测， 张颂,李向伟 电工技术杂志  1998年  第03期     
2. 发电机定子主绝缘的改进  绝缘材料  1992年   第06期        
3. 发电机定子线棒绝缘烧损原因及对策 贺正杰   小水电  2004年  第01期  

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