袁永智，李曉飛

（國電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900）

1 電站概況

深溪溝水電站位于四川省漢源縣，為大渡河干流規(guī)劃的第十八級電站，其上一梯級為瀑布溝電站，下一級為枕頭壩電站。電站裝機四臺，總裝機容量為660 MW，發(fā)電機單機輸出額定功率為165 MW。4臺水輪發(fā)電機組投運日期：1#機，2010年7月；2#機，2010年11月；3#機，2011年5月；4#機，2011年6月。額定功率為165 MW，額定電壓為15.75 kV，額定轉(zhuǎn)速為90.9 r/min，額定功率因數(shù)為 0.9（滯后），額定頻率為 50 Hz，發(fā)電機型號為SF165-66/13640，發(fā)電機型式為三相交流、立軸、同步、密閉循環(huán)空氣冷卻，半傘式結(jié)構(gòu)；定子槽數(shù)為585，3支路波繞組；鐵心尺寸為Φ13640；定子采用現(xiàn)場機座把合、鐵心疊裝和繞組下線工作。

2 故障概況

深溪溝3F機組在運行時，發(fā)生定子線棒擊穿現(xiàn)象。處理定子線棒故障過程中，絕緣盒拆除時發(fā)現(xiàn)絕緣盒樹脂存在不同程度的變黑、未固化等不良情況，其中與線棒端頭或連接片緊貼位置的樹脂出現(xiàn)了焦化的現(xiàn)象，未固化的樹脂有明顯的柔軟性。

3 絕緣盒老化分析

絕緣盒內(nèi)樹脂老化主要有熱老化和電老化兩方面。

3.1 熱老化

深溪溝發(fā)電機所用絕緣盒樹脂的主要成分為E44（低分子量液態(tài)雙酚A環(huán)氧樹脂）、H4（650低分子聚酰胺）、石英粉、501稀釋劑（環(huán)氧丙烷丁基醚，是一種線型的脂肪族單環(huán)氧基稀釋劑）。其中501稀釋劑的主要作用為降低體系粘度，但它不會揮發(fā)，會參與固化反應(yīng)，若添加量過大，就會造成固化后體系交聯(lián)度不足，引起固化物發(fā)軟，耐熱性下降，容易老化的情況。而若添加了過量的丙酮稀釋劑，在固化過程中丙酮會隨著反應(yīng)熱的產(chǎn)生揮發(fā)，造成樹脂固化后表面及內(nèi)部產(chǎn)生氣孔。固化物呈現(xiàn)松散結(jié)構(gòu)，降低其耐熱性。見圖1、圖2。

圖1 熱老化造成的絕緣發(fā)黑

圖2 稀釋劑揮發(fā)造成的表面氣孔

熱老化可分為兩種情況：熱老化和熱氧老化。前者是在熱量作用下發(fā)生降解反應(yīng)，包含聚合物主鏈的斷裂和側(cè)基消去，表現(xiàn)為熱失重；后者是發(fā)生氧化反應(yīng)，前期主要生成過氧化氫，在熱的作用下過氧化氫加速分解，產(chǎn)生自由基引發(fā)一系列反應(yīng)，表現(xiàn)為材料吸氧量增加，多數(shù)材料會出現(xiàn)顏色變化。這兩種老化都會造成材料的脆化，主要和分子量變小，易于形成球晶有關(guān)。見圖3、圖4。

圖3 典型的幾種材料熱老化機理

圖4 熱氧老化機理

3.2 電老化

絕緣盒樹脂一般承受的電場較低，因此不會發(fā)生樹脂內(nèi)部氣孔引起的局部放電問題。但若樹脂和導(dǎo)體之間存在間隙，由于感應(yīng)電荷聚集，導(dǎo)體之間和樹脂之間會出現(xiàn)微小放電。長期持續(xù)發(fā)生，也會造成樹脂的劣化。見圖5。

圖5 與導(dǎo)體接觸位置微放電腐蝕造成絕緣小孔洞及發(fā)黑

4 深溪溝絕緣盒發(fā)黑（老化）原因分析

絕緣盒內(nèi)樹脂發(fā)黑（老化）包括以下幾個方面絕緣盒所用樹脂耐熱性不良、機組運行溫度過高、線棒連接板焊接質(zhì)量不良造成溫度過高及絕緣盒內(nèi)樹脂固化不良等幾個方面。

1）絕緣盒所用樹脂耐熱性不良

深溪溝發(fā)電機絕緣盒樹脂采用的是成熟的三組份+稀釋劑的方案。即填充樹脂由按一定比例的“環(huán)氧:固化劑:石英粉”+施工用稀釋劑的絕緣結(jié)構(gòu)。這種絕緣方案國內(nèi)有大量的業(yè)績和試驗證明，“三組份+稀釋劑”絕緣盒樹脂在按要求配比混合均勻固化后，其絕緣性能完全滿足要求。分析不成立。

2）機組運行溫度過高

絕緣盒實際運行過程中的實測溫度小于100℃，遠(yuǎn)未達(dá)到運行允許的最高溫度。在此溫度下，正常絕緣盒樹脂長期運行不會出現(xiàn)發(fā)黑的劣化狀態(tài)，分析不成立。

3）線棒連接板焊接質(zhì)量不良造成溫度過高

現(xiàn)場396槽上層線棒更換相關(guān)的絕緣盒拆除、端頭連接片熔開后，發(fā)現(xiàn)有未熔透現(xiàn)象，可以推測部分線棒端頭焊接不良，使絕緣盒運行溫度升高，也是絕緣盒樹脂劣變的因素之一。絕緣盒內(nèi)部銅連接片和絕緣盒表面溫差，見表1。

表1 絕緣盒內(nèi)部銅連接片和絕緣盒表面溫差

由計算結(jié)果可知，繞組端部運行溫度遠(yuǎn)低于允許溫度，此項原因有可能。

4）絕緣盒內(nèi)樹脂固化不良

由于絕緣盒在現(xiàn)場安裝過程中，樹脂澆注過程中使用稀釋劑過量，致使樹脂固化不良，表現(xiàn)為固化后樹脂變?yōu)閺椥泽w，未完全硬化。固化不良造成樹脂耐熱性明顯降低、粘結(jié)性降低。因為固化不充分致使樹脂的實際耐熱性能降低接近運行溫度，容易發(fā)生樹脂劣化色變。并且原絕緣盒樹脂澆注之前對線棒端頭及連接板表面氧化層清除不充分，使樹脂與導(dǎo)電體的粘接更差，運行一段時間后樹脂與導(dǎo)體之間局部或大面積產(chǎn)生間隙，并且過量稀釋劑在樹脂與導(dǎo)體之間也會形成孔洞空隙，在機組運行過程中，這些間隙或空隙發(fā)生微放電致使樹脂出現(xiàn)焦化甚至發(fā)黑的劣化情況。見圖 6～ 圖 9。

圖6 2017年絕緣盒拆開殘片照片

圖7 粘結(jié)不良造成電腐蝕發(fā)黑

圖8 使用過量稀釋劑形成的大量氣泡

圖9 粘結(jié)不良造成電腐蝕發(fā)黑

從以上情況判斷，樹脂稀釋劑過量、固化不良是造成絕緣盒樹脂老化嚴(yán)重，出現(xiàn)焦化、發(fā)黑、開裂等不良情況是原先就存在的問題，而隨著機組運行時間的延長，情況有所加劇。

5 分析驗證

5.1 外觀觀察

①目的：初步判斷絕緣老化程度。②判據(jù)：發(fā)黑區(qū)域樹脂（靠近導(dǎo)體部分，運行最高溫度100℃～110℃）與未發(fā)黑的區(qū)域（靠近絕緣盒殼體部分，運行溫度約80℃～90℃）的樹脂進(jìn)行彎曲比較。③方法：摩擦發(fā)黑區(qū)域表面，判斷是否有碳粉落下；發(fā)黑區(qū)域和未發(fā)黑區(qū)域切片后折彎判斷開裂情況。結(jié)果見圖10～圖11。

圖10 絕緣盒變黑情況

圖11 正常顏色與發(fā)黑絕緣膠對比

由圖可知：發(fā)黑區(qū)域表面摩擦后未有碳粉掉落，表面未碳化；已發(fā)黑樹脂輕輕彎曲后，表面明顯開裂，未發(fā)黑絕緣彎曲后發(fā)軟但未出現(xiàn)開裂情況，表明發(fā)黑絕緣已有劣化發(fā)脆。

5.2 表面絕緣電阻測量

①目的：判斷發(fā)黑情況是樹脂發(fā)生熱氧老化造成的，還是已發(fā)生碳化現(xiàn)象。②判據(jù)：若發(fā)生碳化現(xiàn)象，表面絕緣電阻將明顯降低。③方法：在發(fā)黑嚴(yán)重表面、角部區(qū)域，黏貼間距10 mm的銅帶，用5 kV高壓表測量1 min后的絕緣電阻。同時測量未發(fā)黑區(qū)域的電阻值進(jìn)行對比。結(jié)果見圖12～圖14。

圖12 表面發(fā)黑區(qū)域147GΩ

圖13 角部發(fā)黑區(qū)域146GΩ

圖14 未黑區(qū)域608MΩ

由圖可知：發(fā)黑區(qū)域絕緣電阻值較大，且大于未發(fā)黑區(qū)域，表明樹脂雖然發(fā)黑但并沒有造成碳化，依然為絕緣體。

5.3 耐壓試驗

壓。②方法：在樹脂表面黏貼電極，在空氣中，施加工頻電壓測量耐壓水平。耐壓前后用5 kV高壓表測量絕緣體積電阻。見表2，結(jié)果見圖 15～ 圖 16。

表2 灌注膠耐壓情況

圖15 灌注膠耐壓后閃絡(luò)

圖16 灌注膠耐壓后閃絡(luò)

有圖可知：已劣化發(fā)黑樹脂有一定的絕緣耐壓水平，短期內(nèi)不會發(fā)生擊穿情況。

5.4 熱老化

①目的：通過加速老化試驗，觀察未變黑樹脂老化后狀態(tài)，判斷樹脂變黑是否因熱老化導(dǎo)致。②方法：將未變黑樹脂切片后，放入150℃烘箱進(jìn)行老化，一段時間后觀察外觀。放入烘箱前顏色為深黃色，150℃加熱20小時后，顏色已變成深褐色，加熱25小時后顏色已發(fā)黑，且在用鑷子加起時碎裂。

6 絕緣樹脂調(diào)查總結(jié)

1)通過以上調(diào)查及試驗，可以確定絕緣盒樹脂變黑主要是由于熱氧老化導(dǎo)致一定程度的劣化，但還未達(dá)到碳化的程度，依舊是絕緣體，還保持著一定的絕緣耐壓能力，可以滿足一定期限的使用要求；

2)原絕緣盒樹脂在150℃時，輕碰觸即斷裂，耐熱性達(dá)不到150℃；同時根據(jù)現(xiàn)場運行開裂、發(fā)黑判斷，也達(dá)不到110℃～120℃下長期運行的水平；

3)新混合樹脂按工藝要求配比，耐熱性優(yōu)于原稀釋劑添加過量的樹脂。通過本次試驗，也驗證了在安裝時由于樹脂配比不當(dāng)（添加了過量的稀釋劑）造成了絕緣盒樹脂耐熱溫度降低、性能變差。

7 結(jié)論

根據(jù)對深溪溝3#發(fā)電機絕緣盒樹脂的有關(guān)測試，表明原絕緣盒樹脂的耐熱性能沒有達(dá)到要求，導(dǎo)致熱氧化而發(fā)黑，但仍有適當(dāng)?shù)哪碗妷耗芰Γ⑶医^緣盒的殼體本身也具有一定的絕緣能力，可以認(rèn)為在較長的一段時間內(nèi)發(fā)電機運行是安全的。

但是考慮現(xiàn)在的絕緣盒樹脂已經(jīng)有一定程度的劣化，并且有相當(dāng)一部分存在樹脂與導(dǎo)體剝離、內(nèi)在裂紋等缺陷，樹脂的劣化速度在一定的程度之后會加劇。為確保深溪溝電站發(fā)電機長期安全運行，建議在2年～4年內(nèi)采用新開發(fā)的耐熱、耐冷熱循環(huán)和抗熱收縮性能優(yōu)良的A/B組分樹脂進(jìn)行徹底的更換處理。

對于各臺發(fā)電機絕緣盒更換前，建議通過抽檢絕緣盒解剖和檢測分析來確定處理的順序，樹脂絕緣狀況較好的可以稍后處理。