劉均明

(四川省能投攀枝花水電開發(fā)有限有限公司，四川 攀枝花 617068)

0 引 言

水輪發(fā)電機(jī)組定子線圈在運(yùn)輸、安裝、調(diào)試及運(yùn)行過程中，絕緣受損現(xiàn)象時有發(fā)生。對于絕緣受損修復(fù)方式的研究十分重要，采用恰當(dāng)?shù)男迯?fù)方式，將大大縮短處理工期，避免經(jīng)濟(jì)損失。目前，對于定子線圈絕緣受損的處理，大多采用更換的方式。黃曉紅[1]對損壞絕緣線圈全部更換進(jìn)行了研究，張建忠等[2]對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子撤出后再更換線圈進(jìn)行了研究。這些研究都是以更換線圈的方式，將線圈整體撤出更換，達(dá)到修復(fù)以滿足安全運(yùn)行目的。然而，更換線圈必須經(jīng)切割、取出、回裝3個過程，需要花費(fèi)大量時間，在安裝調(diào)試工期緊張、處理時間緊迫的情況下還需進(jìn)一步研究處理方式。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合受損情況，介紹了不更換線圈而對受損部位作修復(fù)處理的方法，以達(dá)到確保設(shè)備質(zhì)量又節(jié)約處理時間的目的，避免了工期延誤。

1 金沙水電站概況

金沙水電站是金沙江干流中游十級水電樞紐規(guī)劃的第九級，位于攀枝花西區(qū)河段上，壩址控制流域面積25.89萬km2，多年平均流量1 870 m3/s。該電站以發(fā)電為主，兼顧供水、改善城市水域景觀和取水條件，對上游觀音巖水電站具有反調(diào)節(jié)等作用。水庫壩高66 m，正常蓄水位1 022.00 m，死水位1 020.00 m，總庫容1.08億m3，調(diào)節(jié)庫容1 120萬m3。多年平均年發(fā)電量為21.77億kW·h。該工程為Ⅱ等大(2)型工程。

金沙水電站裝有4臺140 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)輪直徑10.65 m為世界第二大轉(zhuǎn)輪直徑。發(fā)電機(jī)為立軸半傘式、三相交流同步電機(jī)。發(fā)電機(jī)定子額定電壓13.8 kV，額定轉(zhuǎn)速57.7 r/min，功率因素0.875，定子外徑Φ18.65 m，發(fā)電機(jī)定子線圈為三相4 支路雙層波繞組形式。轉(zhuǎn)動方向?yàn)楦┮曧槙r針方向，槽號編排由內(nèi)圓向外展開順時針方向。定子鐵心高度為1 578 mm，內(nèi)徑為16 350 mm。線槽寬度為20×137.8 mm，共計(jì)936槽，定子絕緣等級為F級。

2 定子線圈絕緣受損情況

2號機(jī)組動態(tài)調(diào)試做完機(jī)組過速試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子上、下?lián)躏L(fēng)板安裝完成后，即進(jìn)行機(jī)組后續(xù)試驗(yàn)。手動開機(jī)至機(jī)組轉(zhuǎn)速緩慢升至100%時，轉(zhuǎn)子下?lián)躏L(fēng)板處出現(xiàn)異響，立即停機(jī)檢查。拆開下?lián)躏L(fēng)板發(fā)現(xiàn)上層線圈：211，370，429，708，932共5槽下端受損。通過對損傷絕緣處的觀察，并結(jié)合損傷點(diǎn)到鐵心槽口間的距離及線圈端部絕緣結(jié)構(gòu)分析，本次定子線圈絕緣損傷點(diǎn)位于該線圈端部防暈與槽部防暈搭接處，見圖1。

圖1 定子繞阻絕緣受損部位及受損情況(單位：mm)Fig.1 Damaged parts and conditions of stator winding insulation

3 受損原因排查分析

撤開下檔風(fēng)板時，發(fā)現(xiàn)下檔風(fēng)板處有且只有一顆散落的M16螺母，且螺母上還粘附有與線圈絕緣最外層顏色一致的紅瓷漆。故本次5槽定子線圈絕緣局部受損的直接原因是安裝轉(zhuǎn)子擋風(fēng)板時掉落在下?lián)躏L(fēng)板的螺母。機(jī)組旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的風(fēng)力帶動散落的螺母一起旋轉(zhuǎn)；局部刮傷了定子線圈的絕緣層。

4 受損絕緣層現(xiàn)場修復(fù)工藝

4.1 處理方案選定

對于受損線圈的處理，有整體更換和現(xiàn)場局部修復(fù)兩種方式。前者把組裝焊接好的線圈繞阻切割開并取出后重新安裝、焊接新的線圈，需要一定的操作空間。為了解決這一的問題，有3種處理方案：① 將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子整體撤出后處理(方案一)；② 只撤出轉(zhuǎn)子部分磁極后處理(方案二)；③ 對受損的五槽上層線圈下端損傷部位進(jìn)行局部修復(fù)處理，待試驗(yàn)合格后恢復(fù)機(jī)組的后續(xù)試驗(yàn)(方案三)。方案一處理工作量大、處理時間長、延誤發(fā)電工期久；方案二與方案一相比，可適當(dāng)減少工作量、縮短處理時間、避免延誤工期；方案三工作量小、處理時間短、基本不影響發(fā)電工期，但處理工藝相對復(fù)雜。3種方案均可達(dá)到規(guī)程規(guī)范的質(zhì)量要求，方案比較見表1。綜合考慮各方面因素，鑒于2號機(jī)組發(fā)電工期緊的情況，決定采用方案三進(jìn)行修復(fù)。

表1 整體更換的3種處理方案比選

4.2 現(xiàn)場修復(fù)工藝

(1) 用棉布將施工區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機(jī)氣隙及其他孔洞封堵，防止物品落入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，在施工區(qū)域鋪墊塑料布，保持施工區(qū)域整潔。

(2) 用鏟刀小心剔除損傷部位的防暈層，露出主絕緣層，鏟的范圍為受損口周邊寬5 mm，使露出的主絕緣寬度比損傷缺口略寬，并在上、下分別適當(dāng)露出低阻層和高阻層。用砂紙將損傷部位及剔開部位打磨平滑。

(3) 在受損部位涂一層環(huán)氧樹脂，用熱風(fēng)槍慢慢吹干，并防止環(huán)氧樹脂膠內(nèi)有氣泡，待環(huán)氧樹脂膠固化后再打磨受傷部位周邊，清理干凈并涂一層環(huán)氧樹脂。

(4) 把云母帶剪成適當(dāng)?shù)拈L度，云母帶表面涂刷絕緣樹脂，半疊粘貼在損傷處周圍，一層貼3條，貼3層，邊貼邊涂環(huán)氧樹脂膠，每層貼緊。

(5) 在云母帶表面纏繞一層玻璃絲帶并，涂一層環(huán)氧樹脂膠，半疊粘貼在損傷處周圍，上、下可靠搭接。

(6) 待處理部位固化24 h后，涂刷一層高阻防暈漆。

(7) 待高阻防暈漆固化24 h后，再涂刷一層紅瓷漆188。

5 修復(fù)后的電氣試驗(yàn)

絕緣修復(fù)完成后，按照DL/T 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》對定子線圈進(jìn)行整體試驗(yàn)。

5.1 絕緣電阻測量

用2 500 V搖表測繞組絕緣電阻，測值應(yīng)不低于下式計(jì)算的數(shù)值：

式中：R為絕緣電阻，MΩ；P為額定容量，kVA；UN為額定電壓，V。

通過上式計(jì)算出絕緣電阻不低于5.3 MΩ，按規(guī)程吸收比應(yīng)大于1.6；極化指數(shù)應(yīng)大于2。如果測試數(shù)值不滿足上述要求，應(yīng)對定子繞組整體進(jìn)行干燥。干燥結(jié)束后，重新進(jìn)行測試，直到滿足要求才能進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。測試數(shù)據(jù)見表2，試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)程要求。

表2 定子繞組絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)測量

5.2 直流電阻測量

三相直流電阻應(yīng)平衡，任何兩相直流電阻的差值應(yīng)小于平均值的2%。定子繞組各分支路與各相直流電阻測試數(shù)據(jù)見表3，測試結(jié)果符合規(guī)程要求。

表3 定子繞組各分支路與各相直流電阻測試數(shù)據(jù)

5.3 直流耐壓試驗(yàn)

定子線圈的直流耐壓值為額定電壓的2倍，即2UN=27.6 kV，試驗(yàn)電壓按每級0.5倍額定電壓分階段升高，每階段停留1 min，記錄泄露電流及其變化情況。各相泄漏電流的差別不應(yīng)大于最小值的50%，泄漏電流不應(yīng)隨時間延長而增大。

直流耐壓試驗(yàn)前的檢查包括：① 定子線圈修復(fù)工作全部結(jié)束，所有部位經(jīng)嚴(yán)格檢查清理，確認(rèn)無雜物遺留；② 定子絕緣電阻應(yīng)符合規(guī)程要求；③ 定子測溫電阻全部短接接地；④ 線圈溫度應(yīng)與環(huán)境溫度相同。當(dāng)檢查確認(rèn)無誤后，按下列步驟進(jìn)行試驗(yàn)。

(1) 將直流高壓發(fā)生器高壓引線可靠接到被試驗(yàn)相，其他兩相接地。

(2) 試驗(yàn)人員布置就位后，關(guān)掉主照明，開始零起升壓。升至6.9 kV時，停留1 min，記錄泄漏電流值。

(3) 繼續(xù)升壓，分別在13.8 kV和20.7kV停留1 min，記錄泄漏電流值。

(4) 繼續(xù)升壓至27.6 kV，在此電壓下保持1 min，記錄泄漏電流值。

(5) 到達(dá)試驗(yàn)時間后將電壓調(diào)節(jié)旋鈕旋至零位后，關(guān)掉直流發(fā)生器，待線圈自行放電。從表計(jì)上監(jiān)視殘余電壓值，當(dāng)降至10 kV以下時，用放電棒放電。先通過高電阻進(jìn)行放電，然后直接對地放電。

(6) 倒換試驗(yàn)接線，重復(fù)上述步驟進(jìn)行其他兩相試驗(yàn)。泄漏電流測量數(shù)據(jù)見表4。

(7) 表4中試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)程要求。

(8) 全部三相試驗(yàn)通過后，用2 500 V搖表測量各相對地絕緣電阻，與試驗(yàn)前相比無明顯變化。

5.4 交流耐壓試驗(yàn)

交流試驗(yàn)電壓為1.5 UN=20.7 kV，耐壓試驗(yàn)時間1 min。耐壓前檢查線圈絕緣電阻符合要求，線圈直流耐壓試驗(yàn)已經(jīng)通過并合格，定子測溫電阻可靠短接接地。交流耐壓試驗(yàn)按以下步驟進(jìn)行。

(1) 將試驗(yàn)變壓器高壓引線接到被試?yán)@組，繞組頭尾必須跨接，其他兩相接地。

(2) 各部位人員就位后，關(guān)掉主照明開始試驗(yàn)。

(3) 零起升壓，當(dāng)升至高壓側(cè)電壓約為13.8 kV左右時，停止升壓，調(diào)整電抗器，使低壓側(cè)輸入電流最小，此點(diǎn)即為諧振點(diǎn)。

(4) 繼續(xù)升壓至1.1倍額定電壓(15.18 kV)，觀察繞組端部不應(yīng)有電暈出現(xiàn)。升壓到電暈出現(xiàn)后記錄電壓值，然后降壓至零，觀察電暈消失情況，記錄電壓值。

(5) 再次零起均速升壓20.7 kV保持1 min，密切監(jiān)視線圈、銅環(huán)引線、絕緣修復(fù)等部位。

(6) 試驗(yàn)時間到達(dá)后迅速降壓至零，斷開電源。

(7) 倒換接線，重復(fù)上述步驟進(jìn)行其他相試驗(yàn)。

(8) 三相試驗(yàn)全部結(jié)束后，用2 500 V搖表測量繞組絕緣電阻，與試驗(yàn)前相比應(yīng)無明顯差別。試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)見表5，試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)程要求。

表5 交流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 處理后的效果

修復(fù)完成并經(jīng)試驗(yàn)合格后進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)，后續(xù)試驗(yàn)順利完成。機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。目前，2號機(jī)組投運(yùn)近1 a，各項(xiàng)指標(biāo)均正常，運(yùn)行十分平穩(wěn)。在環(huán)境極端最高溫度38.9 ℃時，機(jī)組帶滿140 MW負(fù)荷各部位的振動、擺度及溫度見表6。

表6 機(jī)組振動、擺度及溫度

7 結(jié) 語

在水輪發(fā)電機(jī)組安裝調(diào)試過程中，由于種種原因，偶爾會遇到零部件損傷。對損傷的修復(fù)首先考慮機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，還要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況決定處理方式。在工期緊張時，盡量采用現(xiàn)場修復(fù)處理方式，以節(jié)約處理時間，確保發(fā)電工期。本文所述的現(xiàn)場修復(fù)處理方式比更換處理至少節(jié)約處理時間超過20 d，最大限度地避免了工期延誤，減少了經(jīng)濟(jì)損失。該處理方式的關(guān)鍵點(diǎn)在于剔開部位及周邊用砂紙打磨平滑；涂環(huán)氧樹脂膠時用熱風(fēng)槍慢慢吹干以防氣泡產(chǎn)生，貼云母帶時層間杜絕氣泡，環(huán)氧膠固化時間必須滿24 h后才能涂高阻防暈漆，高阻防暈漆涂刷后必須滿24 h后才能涂刷紅瓷漆，不能因搶工期而不顧工序間的間隔時間。該處理方式的風(fēng)險點(diǎn)在于處理過程中轉(zhuǎn)子和定子間的氣隙處可能落入雜物，必須將整個氣隙部位用塑料布覆蓋，處理完成后，用高壓氣吹掃整個氣隙部位；用熱風(fēng)槍吹環(huán)氧膠時可能損傷周圍線棒，故在吹干過程中必須用石棉布覆蓋周圍線棒。只有把握好處理關(guān)鍵點(diǎn)、控制風(fēng)險點(diǎn)，才能做到忙中有序、忙而不亂，順利地完成搶修任務(wù)。

金沙水電站2號機(jī)組投運(yùn)近1 a來，各項(xiàng)指標(biāo)均正常，運(yùn)行平穩(wěn)。在安裝調(diào)試過程中，要進(jìn)一步加強(qiáng)對作業(yè)人員的培訓(xùn)和管理，杜絕在機(jī)組轉(zhuǎn)動部件與固定部件間留有異物。特別是在安裝轉(zhuǎn)子上下?lián)躏L(fēng)板過程時，安裝前后對所有零部件都要對號登記核對，確保不遺留異物。進(jìn)入作業(yè)區(qū)域人員不允許帶與安裝無關(guān)的物件，且?guī)牍て骶?、材料需登記，完工后清理帶出，確保安裝調(diào)試工作的順利推進(jìn)。