孫　鵬

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司, 哈爾濱黑龍江　150040)

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高海拔水輪發(fā)電機(jī)定子下線工藝研究

孫鵬

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司, 哈爾濱黑龍江150040)

摘要：指出了高海拔地區(qū)因空氣稀薄導(dǎo)致電機(jī)絕緣的絕緣強(qiáng)度下降、擊穿電壓下降。分析了環(huán)境因素對(duì)20 kV發(fā)電機(jī)定子下線質(zhì)量的影響及下線工藝對(duì)耐壓試驗(yàn)的影響，下線過程中外力造成的絕緣損傷等因素，并提出了相應(yīng)的解決辦法，制定了嚴(yán)格的下線工藝規(guī)范文件，要求嚴(yán)格按工藝文件施工并重視下線過程每一步工序的清理工作。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；定子；電壓等級(jí) ；下線工藝

0引言

20 kV電壓等級(jí)的水輪發(fā)電機(jī)是目前國內(nèi)制造的最高電壓等級(jí)的發(fā)電機(jī)。隨著海拔高度的增加，空氣壓力的降低，絕緣材料的絕緣強(qiáng)度降低，其擊穿電壓也下降。根據(jù)官地、阿海等高海拔地區(qū)機(jī)組定子出現(xiàn)的問題，從安裝工藝的角度分析問題產(chǎn)生的原因，提出具體解決方案以優(yōu)化工藝文件和提高質(zhì)量控制點(diǎn)的檢查標(biāo)準(zhǔn)，使定子安裝的各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1問題分析

1.1環(huán)境因素對(duì)高壓定子下線質(zhì)量影響

隨著海拔高度的增加，大氣的壓力下降，空氣密度降低。在海拔至5 000 m范圍內(nèi)，每升高1 000 m，即平均氣壓每降低7.7～10.5 kPa，絕緣材料的絕緣強(qiáng)度降低8%～13%。隨空氣壓力的降低，其擊穿電壓也下降。直流與交流電弧的飛弧距離隨海拔升高或氣壓降低而增加。高海拔低氣壓使高壓電機(jī)的局部放電起始電壓降低，電暈起始電壓降低。

安裝現(xiàn)場的環(huán)境相對(duì)濕度過大以及粉塵附著在線棒絕緣表面，也將導(dǎo)致線棒的起暈電壓降低。絕緣材料需要適當(dāng)?shù)臏囟炔拍芡耆袒?，安裝現(xiàn)場溫度過低，使得絕緣材料固化不完全，導(dǎo)致耐壓擊穿。因此，保證安裝現(xiàn)場的環(huán)境相對(duì)濕度及溫度和粉塵符合安裝要求是降低環(huán)境因素影響的重要措施。

1.2下線安裝因素對(duì)耐壓試驗(yàn)的影響

線棒在過度外力作用下，會(huì)使絕緣產(chǎn)生細(xì)小裂痕，或者現(xiàn)場手包絕緣和絕緣盒灌注時(shí)也容易產(chǎn)生空隙。如果有氣體填充到裂痕或空隙之中，在高電壓下氣體將產(chǎn)生游離。氣隙的游離造成的后果主要有以下幾方面：

1) 造成電場的局部畸變，改變介質(zhì)中原有的電壓分布，使局部介質(zhì)承受過高的場強(qiáng)；

2) 氣隙游離出來的帶電質(zhì)點(diǎn)在電場的作用下，撞擊氣泡壁的絕緣物，使其分解。一般會(huì)分解出如氫、氮、氧和烴類等氣體，并留下一些固態(tài)的聚合物。這些新分解出來的氣體又將加入游離過程中去。

3) 產(chǎn)生O2和NO2等氣體。當(dāng)有潮氣存在時(shí)，NO2還可能與潮氣結(jié)合成亞硝酸或硝酸，對(duì)絕緣材料及金屬都會(huì)產(chǎn)生腐蝕。O2和NO2對(duì)許多常用絕緣材料有很強(qiáng)的化學(xué)破壞作用。

這樣，氣泡的游離，通過上述多種效應(yīng)的綜合，將近旁的絕緣物分解、破壞，并沿電場方向逐漸向絕緣層深處發(fā)展，最終可能導(dǎo)致絕緣被貫通擊穿。

同時(shí)，絕緣擊穿還存在累積效應(yīng)，即單次耐壓試驗(yàn)投入到絕緣介質(zhì)中的能量不足以完全擊穿絕緣，產(chǎn)生了不完全擊穿。有實(shí)驗(yàn)證明，不完全擊穿具有累積效應(yīng)，即介質(zhì)的擊穿電壓隨著過去承受過的不完全擊穿次數(shù)的增加而降低。裂痕使得出現(xiàn)累積擊穿的幾率變大。

下線過程中外力造成的絕緣損傷主要有以下兩方面：

1) 定子鐵心槽型尺寸偏差比較大，現(xiàn)場安裝時(shí)圖省事按同一尺寸進(jìn)行半導(dǎo)體槽襯包繞，導(dǎo)致有些槽下線困難，需要用力將線棒敲入槽內(nèi)，造成線棒絕緣有一定的損傷。

2) 帶端箍支架結(jié)構(gòu)的定子裝配，在端箍安裝調(diào)整時(shí)，未考慮到下線時(shí)線棒端部和端箍之間還需要墊滌綸氈，以致實(shí)際下線時(shí)線棒無法靠緊槽底，只能靠壓線工具加力將線棒壓靠到槽底，造成線棒局部點(diǎn)受力過大，導(dǎo)致絕緣損傷。

除了外力造成的絕緣損傷外，定子下線過程中有很多連接部分的絕緣都是在現(xiàn)場手工包扎。手工包扎過程中的包繞緊度和涂膠均勻度會(huì)造成手包絕緣中存在氣隙。在絕緣盒灌注時(shí)，灌注膠的配比和灌注速度會(huì)造成絕緣盒內(nèi)絕緣產(chǎn)生氣泡。

除此之外，端箍支架加工及安裝過程中端箍支架的尖角未修圓滑，造成尖端放電現(xiàn)象，下線過程中將半導(dǎo)體材料沾附在線棒高阻段也是造成耐壓試驗(yàn)不合格的原因。

2解決方法

2.1降低環(huán)境因素的影響

為了將環(huán)境因素的影響降到最低，安裝現(xiàn)場需要做到以下幾點(diǎn)。

1) 機(jī)座內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量除濕機(jī)及加熱器，應(yīng)經(jīng)常投入使用，保證安裝現(xiàn)場最低氣溫不低于5℃，晝夜溫差不大于7 K、空氣相對(duì)濕度在80%以下。環(huán)境溫度、濕度相對(duì)穩(wěn)定，安裝現(xiàn)場環(huán)境要清潔無粉塵。

2) 在機(jī)坑外較方便固定位置搭建封閉配膠房和硅橡膠槽襯繞包房，以防止金屬粉塵、灰塵、雜物等進(jìn)入作業(yè)區(qū)。在定子機(jī)座與施工平臺(tái)間搭設(shè)適當(dāng)高度封閉安裝間，以防止金屬粉塵、灰塵、雜物等進(jìn)入下線作業(yè)區(qū)。

3) 用醫(yī)用膠布將上齒壓板間四周縫隙全部粘貼封死，防止膠液、金屬粉塵、灰塵、雜物等進(jìn)入，下線全部結(jié)束后再拆掉醫(yī)用膠布。

4) 設(shè)專人負(fù)責(zé)下線作業(yè)區(qū)、配膠封閉房和硅橡膠槽襯繞包封閉房的衛(wèi)生清潔，用吸塵器吸塵，并拖洗地面。

5) 下線過程中安裝現(xiàn)場應(yīng)有措施控制進(jìn)入下線區(qū)域的無關(guān)人員數(shù)量。

6) 為了保證各種半導(dǎo)體材料和絕緣材料的固化時(shí)間符合規(guī)范要求，下線之前需要對(duì)所有用到的材料進(jìn)行固化試驗(yàn)，并詳細(xì)記錄現(xiàn)場的環(huán)境溫度和濕度，以及固化時(shí)間。如果環(huán)境溫度低導(dǎo)致固化時(shí)間過長，則需要采取加熱措施，縮短固化時(shí)間，保證所有半導(dǎo)體材料和絕緣材料完全固化后再進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

2.2避免人為因素造成絕緣損傷

下線過程中為避免人為因素造成絕緣損傷，安裝人員應(yīng)做到：

1) 在定子鐵心疊裝過程中盡量保證槽型尺寸一致。下線之前應(yīng)抽測槽型尺寸，發(fā)現(xiàn)尺寸偏差大的槽做出明顯標(biāo)記，在下線過程中應(yīng)根據(jù)槽型實(shí)際尺寸調(diào)整半導(dǎo)體槽襯的厚度，使線棒易于嵌入槽內(nèi)，不允許大力敲擊線棒。

2) 在裝配端箍支架時(shí)，先要將下層線棒靠緊槽底，并用壓線工具壓牢。然后在端箍和線棒之間墊2 mm厚的環(huán)氧玻璃布板以保證線棒和端箍支架之間有間隙。調(diào)整好搭塊距離后再進(jìn)行焊接。

3) 在下線過程中，只能用橡皮錘或者木錘輕輕敲擊線棒，不得使用銅錘等金屬材料的工具。使用壓線工具壓住線棒即可，不可用力過大。力度以在壓線墊條上僅有輕微壓痕為準(zhǔn)。

2.3嚴(yán)格按工藝規(guī)范操作

現(xiàn)場手工包絕緣時(shí)用力要均勻，必須嚴(yán)格按工藝規(guī)范進(jìn)行刷膠，保證手包絕緣內(nèi)無氣隙。絕緣盒灌注膠在使用前必須做固化試驗(yàn)。待灌注膠固化后需將絕緣切開，觀察絕緣內(nèi)部是否存在氣泡。在灌注過程中將灌注膠慢慢的倒入絕緣盒內(nèi)，防止產(chǎn)生氣泡。

2.4重視清理工作

下線過程中每一步的清理工作需要重視。

1) 下線前槽內(nèi)噴1235半導(dǎo)體防電暈漆時(shí)注意不要噴在上、下齒壓板和壓指上。

2) 端箍搭塊安裝前應(yīng)清理，去毛刺，有尖點(diǎn)的地方圓滑過渡。

3) 在線棒綁扎前，應(yīng)用丙酮徹底清理線棒斜邊處，仔細(xì)檢查線棒上是否沾附有半導(dǎo)體材料或者是粉塵等污染物，直到確認(rèn)無污染物后才可以進(jìn)行綁扎。

4) 每次耐壓試驗(yàn)前要仔細(xì)清理，線棒間不得有雜物存在，特別是半導(dǎo)體槽襯和硅橡膠等的殘留物。清理干凈后才可以進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

3結(jié)語

目前已經(jīng)成功研制了電壓等級(jí)為24 kV和26 kV的定子線棒。通過此次工藝攻關(guān)，完善了20 kV以上電壓等級(jí)高海拔定子下線的安裝工藝文件。通過對(duì)安裝現(xiàn)場環(huán)境因素以及安裝人為因素進(jìn)行了嚴(yán)格控制，優(yōu)化了安裝工藝方法，提出了問題的解決方案，為其他高海拔高電壓等級(jí)定子安裝進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，提高水輪發(fā)電機(jī)定子安裝質(zhì)量。