鄢仁成，王 洲

（珊溪水力發(fā)電廠，浙江 溫州 325304）

珊溪水力發(fā)電廠裝機(jī)容量4×50 MW，混流式發(fā)電機(jī)組，通過220 kV系統(tǒng)接入浙江電網(wǎng)，擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)相及事故備用任務(wù)。

2010年10月，2號(hào)機(jī)組進(jìn)行A修。在對(duì)發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行例行檢查和清洗時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分定子上擋風(fēng)板與線棒上端周圍的表面有燒灼跡象，燒灼部位呈現(xiàn)白色，線棒上還附有少量淡黃色油泥狀和粉狀的物體。

定子線棒是發(fā)電機(jī)內(nèi)部的關(guān)鍵部件，除定期預(yù)防性試驗(yàn)外，發(fā)電機(jī)內(nèi)部異常情況很難被發(fā)現(xiàn)。因此，電廠未將A修時(shí)發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象簡(jiǎn)單定性為油污和粉塵，而充分利用A修機(jī)會(huì)仔細(xì)檢查了發(fā)電機(jī)內(nèi)部情況，深入查找發(fā)電機(jī)內(nèi)部可能存在的問題。

1 水輪發(fā)電機(jī)概況

珊溪電廠水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF-J50-24/6200，鐵芯外徑為6200 mm，定子由機(jī)座、鐵芯、線圈、端箍、銅環(huán)及基礎(chǔ)螺桿等部件組成。定子機(jī)座由二辨組成，現(xiàn)場(chǎng)組裝成圓形整體，固定于混凝土基礎(chǔ)。機(jī)座及基礎(chǔ)板、定位銷、固定螺栓符合廠家規(guī)定的各種情況下的位移要求和應(yīng)力承受。定子繞組由安裝單位在現(xiàn)場(chǎng)立式嵌線，采用分支繞組，定子共342槽，雙Y形接線，絕緣等級(jí)為F級(jí)。

水輪發(fā)電機(jī)定子采用全封閉雙路徑循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)。運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部的空氣在轉(zhuǎn)子支架、磁軛、磁極等部件旋轉(zhuǎn)形成的壓力作用下，通過空氣間隙、定子鐵心、定子機(jī)座和空氣冷卻器冷卻后，流經(jīng)定子機(jī)座的上/下兩端返回到轉(zhuǎn)子支架。發(fā)電機(jī)端部安裝擋風(fēng)板，目的是為了減少定子端部冷風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)壓的損失，提高發(fā)電機(jī)端部的冷卻效果。上/下端部擋風(fēng)板各由15段搭接而成，擋風(fēng)板與線棒之間用Φ12綁扎帶直接捆綁。

2 定子線棒磨損評(píng)估及原因分析

對(duì)線棒上的附著物進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)油泥狀的物體附有少量油漬，而粉狀的物體則較為干燥，上擋風(fēng)板與線棒上端部的綁線有部分松弛，并出現(xiàn)縫隙，接觸部分有磨損。拆除上/下端部擋風(fēng)板進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)在上擋風(fēng)板通風(fēng)口處有大量的附著物，線棒受損嚴(yán)重部位磨損了2.0～3.0 mm，呈階梯狀。經(jīng)統(tǒng)計(jì)和比對(duì)，缺陷主要集中在上層線棒端部，兩段擋風(fēng)板搭接部位尤為嚴(yán)重。從檢查情況來(lái)看，定子線棒磨損嚴(yán)重，若不進(jìn)行處理并繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，必將造成定子線棒因磨損過重而發(fā)生發(fā)電機(jī)絕緣擊穿事故。由于檢查及時(shí)、深入，避免了一次定子絕緣事故。

對(duì)線棒上淡黃色油泥狀物體的取樣分析表明，其主要成份為硅、碳、鈣等物質(zhì)，基本是制動(dòng)閘材料和絕緣材料。

用帶電清洗劑將定子清洗干凈后，對(duì)線棒進(jìn)行仔細(xì)檢查，未在線棒其他部位發(fā)現(xiàn)電暈痕跡。（如果線棒其他部位產(chǎn)生電暈現(xiàn)象，槽內(nèi)電暈會(huì)使線棒受到電腐蝕，使絕緣層產(chǎn)生針孔，槽外電暈還會(huì)使線棒龜裂。）

通過檢查分析，認(rèn)為線棒磨損的主要原因是∶

（1）發(fā)電機(jī)定子線棒在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，受到定子線棒電流和槽內(nèi)橫向磁場(chǎng)的作用，在槽內(nèi)線棒產(chǎn)生徑向電磁力，而定子繞組端部長(zhǎng)期受到雙倍周波頻率振動(dòng)作用，加上線棒和擋風(fēng)板之間為直接接觸，兩者產(chǎn)生相對(duì)摩擦，長(zhǎng)年運(yùn)行的累積效應(yīng)造成定子線棒磨損，形成放電間隙，并產(chǎn)生電暈粉末。

（2）發(fā)電機(jī)上、下導(dǎo)油槽運(yùn)行中存在甩油現(xiàn)象，制動(dòng)閘板制動(dòng)過程中產(chǎn)生的粉塵也較多，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行環(huán)境較差，油泥較多，使線棒發(fā)生電腐蝕。定子風(fēng)道中吸附的油污臟物也嚴(yán)重阻礙了定子的散熱。

分析上述原因，線棒與擋風(fēng)板之間的直接接觸是造成線棒磨損的內(nèi)在因素，而不良運(yùn)行環(huán)境加速了電腐蝕的形成。從該起機(jī)組線棒磨損成因可以看出，作為重要機(jī)電設(shè)備，設(shè)計(jì)、安裝工藝上的微小缺陷在長(zhǎng)期運(yùn)行的累積效應(yīng)下，也將造成嚴(yán)重后果，部分缺陷在交接試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)不了，但經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，由于受到熱、機(jī)械、電和化學(xué)等因素的長(zhǎng)期作用，這些缺陷將成為機(jī)組最薄弱環(huán)節(jié)，并在運(yùn)行中或預(yù)防性試驗(yàn)中逐漸暴露出來(lái)。因此，在機(jī)組每次的檢修和試驗(yàn)中，對(duì)于主設(shè)備上發(fā)現(xiàn)的問題，即使是小問題，也要徹底處理，不能留任何隱患。

3 定子線棒受損后的修復(fù)處理

發(fā)電機(jī)線棒受損后的處理方式為：更換受損線棒或?qū)κ軗p線棒的絕緣進(jìn)行修復(fù)。由于此次故障為線棒主絕緣層磨損，根據(jù)電廠線棒備品情況，決定更換受損嚴(yán)重的線棒，并對(duì)定子運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，防止再次發(fā)生線棒主絕緣磨損。

更換受損線棒的步驟為：確認(rèn)更換線棒；新線棒單根試驗(yàn)；取出故障線棒；對(duì)剩余線棒進(jìn)行電暈試驗(yàn)和槽電位測(cè)試；新線棒下線、定子線圈接頭焊接；定子線圈接頭絕緣包扎；對(duì)定子全面檢查清掃；定子整體試驗(yàn)；機(jī)組升流升壓試驗(yàn)。

（1）更換線棒確認(rèn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)線棒磨損情況和整機(jī)起暈試驗(yàn)來(lái)確定更換線棒數(shù)量，以起暈試驗(yàn)數(shù)據(jù)為優(yōu)先考慮因素。針對(duì)本次線棒磨損情況，經(jīng)專家討論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定更換35根受損嚴(yán)重的上層線棒。

（2）新線棒單根試驗(yàn)。拆除定子線棒備品防護(hù)帶，用干凈棉布擦凈表面，再用浸有無(wú)水酒精的棉布擦拭線棒表面。在密閉房間內(nèi)用浴霸直接烘干線棒，溫升速率不超過15℃/h，升至90℃后保溫12 h。降溫時(shí)，降溫速率不超過10℃/h。線棒溫度恢復(fù)至室溫后，用2500 V兆歐表?yè)u絕緣電阻不低于5000 MΩ；單根線棒起暈試驗(yàn)的起暈電壓不低于1.5Un；交流耐壓試驗(yàn)（2.75Un+2.5 kV）。單根線棒試驗(yàn)結(jié)果全部合格后方可安裝，若線棒絕緣電阻偏低，需烘干后再次試驗(yàn)。

（3）取出故障線棒。將受損的35根線棒先做好記號(hào)與防范灌注膠飛濺措施，然后逐個(gè)拆除固定用的綁扎帶、線棒上/下端的絕緣盒和固定線棒的槽楔，最后取出線棒。

（4）對(duì)剩余線棒進(jìn)行電暈試驗(yàn)和槽電位測(cè)試。對(duì)留在槽內(nèi)的剩余線棒進(jìn)行絕緣電阻、泄漏電流測(cè)試和直流耐壓試驗(yàn)（2.5Un）、交流耐壓試驗(yàn)（1.6 Un+2.4 kV）。按照GB/T 8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》中“整機(jī)耐壓試驗(yàn)時(shí)，在1.0倍額定線電壓下，端部應(yīng)無(wú)明顯的金黃色亮點(diǎn)和連續(xù)暈帶”的要求，采用“在黑暗環(huán)境條件下目力觀察法”，在1.3倍相電壓（額定線電壓10.5 kV）下對(duì)定子線棒進(jìn)行試驗(yàn)，A，B，C三相均未發(fā)現(xiàn)桔黃色亮點(diǎn)或白色和藍(lán)色光存在，試驗(yàn)結(jié)果表明線棒無(wú)放電痕跡，三相耐壓試驗(yàn)（1.6倍Un）耐壓時(shí)間1 min通過，槽電位測(cè)試不大于10 V。試驗(yàn)結(jié)果表明，剩余線棒符合繼續(xù)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

（5）新線棒下線。新線棒下線時(shí)，上/下端部與已裝線圈高度一致，上/下層線棒接頭錯(cuò)位不大于5 mm，前后距離偏差在并頭套長(zhǎng)度范圍內(nèi)，線圈在槽內(nèi)單側(cè)間隙不大于0.3 mm，長(zhǎng)度不大于100 mm，用槽楔將線棒固定牢固。

在下線工藝上應(yīng)注重加強(qiáng)3個(gè)方面的質(zhì)量管理：線棒下線過程中，加強(qiáng)槽內(nèi)半導(dǎo)體墊條、槽楔的緊密性檢查和處理；加強(qiáng)線棒固定、端部綁扎的質(zhì)量管理；在綁環(huán)、墊塊與線棒間襯墊合適厚度的滌綸氈，防止硬接觸磨損線棒絕緣。

線棒端部防暈處理及噴漆防暈采用半導(dǎo)體材料低阻漆，將配制好的低阻漆噴在清理后的線棒表面，在半導(dǎo)體環(huán)氧樹脂的噴涂過程中要防止半導(dǎo)體材料流至鐵心及齒壓板上。

（6）定子線圈接頭焊接。定子線棒接頭焊接采用銀-銅釬焊，焊接過程要對(duì)焊接線棒及相鄰線棒兩側(cè)的絕緣部位用干燥的石棉布進(jìn)行可靠的絕緣隔熱保護(hù)，同時(shí)要防止金屬粉和焊液流出燒壞線棒，或掉進(jìn)定子鐵心和繞組中。準(zhǔn)備措施完成后，用銅銀焊機(jī)的炭精塊對(duì)準(zhǔn)待焊部位，同時(shí)在線棒和炭精塊之間各放1片銀焊片，用氣壓夾頭夾緊。確認(rèn)好位置后再打開冷卻水和電源開關(guān)進(jìn)行焊接。在焊接過程中要嚴(yán)格控制電流接通時(shí)間（要求通電不超過1 min），直至銀焊片熔化。當(dāng)線棒接頭焊透后，用銀焊條對(duì)焊縫表面進(jìn)行焊料補(bǔ)充，焊接結(jié)束后用壓縮空氣進(jìn)行冷卻，待焊接冷凝溫度回落到130℃才拆開夾鉗。焊后要及時(shí)檢查清理接頭，不許有焊渣存在，要求接頭表面光滑，無(wú)棱角、氣孔及空洞。接頭焊接后冷卻到常溫時(shí)測(cè)量直流電阻，要求不超過10 μΩ，最大值與最小值之比不大于1.2倍。

焊接過程中盡量減少熱應(yīng)力，從而降低殘余熱應(yīng)力對(duì)定子線棒的損傷。在保證引線頭間距的同時(shí)，要兼顧定子線棒端部間隙，使之符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)兩者有矛盾時(shí)，優(yōu)先保證端部間隙，同時(shí)通過校形保證引線頭間距。

（7）定子線圈接頭絕緣包扎及絕緣灌注。在引出線接頭焊接完成后，采用云母帶和玻璃絲帶包扎焊接接頭。接頭的絕緣包扎與引出線原有絕緣的搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于30 mm。絕緣包扎采用半疊包形式，浸漬過的云母包扎帶為14層，包扎過程中需不斷涂抹環(huán)氧樹脂，并不斷將層間的空氣擠出。云母帶包扎完成后再在外部包扎3層玻璃纖維帶加以固定。

絕緣盒灌注環(huán)氧樹脂前要進(jìn)行環(huán)氧樹脂填充料的配比試驗(yàn)，以檢查樹脂的固化情況。樹脂開始固化時(shí)間為8 h，完全固化時(shí)間為48 h。確定配比試驗(yàn)合格方后可灌注。具體步驟為：

1）絕緣盒內(nèi)表面用棉紗和酒精擦凈，放在烘箱預(yù)熱，使絕緣盒沒有潮氣。

2）清潔線棒，用膠布做好保護(hù)，防止灌注膠和清理固化后溢出的殘膠。

3）調(diào)整好絕緣盒的位置，使線棒處在絕緣盒的中間，同時(shí)用千斤頂托平絕緣盒。

4）分二次灌注，第一次注入少量膠，注滿盒底即可，同時(shí)注意盒下端的滲漏，待灌注膠基本固化后再進(jìn)行第二次灌膠，盒滿為止。澆灌后環(huán)氧樹脂應(yīng)飽滿、無(wú)氣泡、無(wú)分層及裂紋。

（8）定子全面檢查清掃。用帶電清洗劑對(duì)定子、轉(zhuǎn)子的通風(fēng)溝進(jìn)行全面清掃，包括轉(zhuǎn)子支架內(nèi)的進(jìn)風(fēng)槽口。

（9）上/下?lián)躏L(fēng)板安裝和線棒端部綁扎。

由于此次發(fā)電機(jī)定子線棒磨損最嚴(yán)重的是兩段擋風(fēng)板搭接部分，故更換線棒后對(duì)擋風(fēng)板搭接部分采用了兩段擋風(fēng)板的末端重疊搭接，并在擋風(fēng)板和線棒之間加墊厚度合適的滌綸氈墊片，以減少運(yùn)行中的摩擦。采用Φ8綁扎帶綁扎，最后涂刷環(huán)氧樹脂進(jìn)行固化。在絕緣支架與過橋引出線之間也增加適形滌綸毛氈墊片絕緣材料，以減少絕緣支架與過橋引出線之間的相互摩擦。

線棒端部的綁扎包括：線棒斜間墊塊綁扎、上層線棒上端支撐塊綁扎、端箍環(huán)綁扎、端箍環(huán)注膠等。用Φ12綁扎帶采用半疊包的形式綁扎，每個(gè)楔子塊綁扎3道，綁扎過程中盡量減少接頭，并將接頭壓至綁扎帶下。綁扎完成后在綁扎帶外涂刷環(huán)氧樹脂進(jìn)行固化。固化后在定子表面噴188紅瓷漆，對(duì)定子進(jìn)行美化覆蓋。

（10）試驗(yàn)結(jié)果和運(yùn)行情況。受損線棒的處理共用時(shí)15 d。修復(fù)后檢測(cè)發(fā)電機(jī)組三相直流電阻、定子三相繞組絕緣電阻、吸收比、定子繞組的泄漏電流、直流耐壓，進(jìn)行起暈試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)、啟動(dòng)時(shí)升流升壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，表明修復(fù)情況良好。

4 整改與預(yù)防措施

4.1 整改措施

由于2號(hào)機(jī)組解體時(shí)還發(fā)現(xiàn)制動(dòng)閘粉塵較多等問題，故在線棒處理外還采取了以下措施：

（1）更換2號(hào)機(jī)制動(dòng)閘材質(zhì)，降低磨損速率，減少制動(dòng)過程產(chǎn)生的粉塵。

（2）針對(duì)上/下油槽甩油較多的情況，將上/下導(dǎo)油槽的油封蓋由迷宮式密封改為接觸式密封，解決了軸承油外甩產(chǎn)生油霧的問題。

（3）對(duì)機(jī)組空冷器本體用帶電清潔劑、對(duì)冷卻器管路用高壓水進(jìn)行清洗，清除空冷器本體和管路污垢，提高空冷器冷卻能力。

（4）對(duì)定子風(fēng)道加壓清掃，改善冷卻效果。

采取以上措施后，優(yōu)化了定子的運(yùn)行環(huán)境。復(fù)役運(yùn)行3個(gè)月后，再次檢查了機(jī)坑，未發(fā)現(xiàn)油污，制動(dòng)粉塵也非常少。通過改善空冷器和定子風(fēng)道的檢修工藝，提高了定子冷卻性能，與未A修的1號(hào)機(jī)組相比，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，定子相同部位的溫度低3℃。

4.2 預(yù)防措施

根據(jù)此次A修中出現(xiàn)的線棒磨損情況，在今后的檢修和改造中可采取以下應(yīng)對(duì)措施：

（1）在機(jī)組C修時(shí)，加強(qiáng)預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和比對(duì)，并用針孔攝影機(jī)對(duì)定子進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)定子的缺陷。

（2）為了隨時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)絕緣情況，可考慮增加在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)掌握機(jī)組運(yùn)行情況，提高預(yù)測(cè)能力，避免和減少損失。

（3）計(jì)劃改造機(jī)組空冷器，增強(qiáng)冷卻能力，降低定子運(yùn)行溫度，提高線棒絕緣壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)端部的線棒固定和絕緣較薄弱，是最容易發(fā)生故障的部位，必須重點(diǎn)檢查。由于定子線棒槽內(nèi)、端部固定形式較復(fù)雜，任何部位存在松動(dòng)、摩擦都將嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于在本次A修中特別加強(qiáng)了對(duì)線棒固定質(zhì)量的監(jiān)督，避免了定子絕緣事故的發(fā)生。通過線棒故障的分析處理可以看出：線棒固定松動(dòng)、擋風(fēng)板和線棒之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的累積效應(yīng)是造成線棒磨損的主要原因，因此，加強(qiáng)槽內(nèi)和端部固定是預(yù)防定子線棒故障的重要措施之一。

[1] DL/T 596-1996電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[2] GB/T 8564-2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[3] 李尹光.二灘水電廠電暈現(xiàn)象處理淺析[J].水力發(fā)電，2010，36（4）∶73-74.