SF300-56-13600型水轮发电机绝缘状况检测分析.doc

SF300—56/13600型水轮发电机绝缘状况检测分析

1.  引言　　
水轮发电机绝缘系统的良好状态是其正常运行的保证，为了了解发电机的绝缘状况，发电单位开展了电气系统的绝缘监督。xxx厂机组为SF300—56/13600水轮发电机，自2000年初投运以来，绝缘系统运行良好。随着运行时间的增长，在近几年的绝缘检测中及时发现了一些问题，本文试结合本厂工作实际就发电机绝缘检测情况进行分析探讨。　　
2.  SF300—56/13600水轮发电机绝缘系统　　
2.1            定子绝缘　　
定子铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成。定子线棒嵌入定子铁芯槽内，然后再将端部连接这样定子槽部绝缘、定子线圈端部绝缘、定子线圈防晕结构、并头套绝缘结构、连接线和引出线绝缘结构就成为现场安装施工的重要环节，也成为日后绝缘系统运行中的薄弱环节。　　
　2.1.1　定子槽部绝缘结构　　
发电机定子共有576槽，每槽内放有上下两层线棒。定子槽绝缘包括定子线圈棒与定子槽之间、定子线棒之间的绝缘。定子槽底部表面喷有防晕漆1235，然后是由HDJ-1型半导体玻璃丝带和半导体适形材料组成的槽底垫条。定子线棒对地绝缘采用9545　-1G　 型F级环氧粉云母带，规格为0.18×25㎜，总厚度为　9mm　。外层包有FB-1型半导体玻璃纤维带防晕层，规格为0.08×25㎜，总厚度为　0.3mm　。上下层线棒之间是半导体适形材料和HDJ-1半导体玻璃纤维带组成的层间垫条。上层线棒外依次为9332型环氧防晕层压板楔下垫条和1557型玻璃布压制件楔下波纹板。换位处绝缘为F-4型F级柔软云母板，厚度为　0.2mm　。排间绝缘为HDJ-9型F级多胶粉云母板，厚度为0.6，宽0.3。导体与绝缘之间敷平物为HDJ-9型F级多胶粉云母板，厚度为0.9。单只线圈绝缘厚度宽度（排间绝缘、对地绝缘和防晕层）为　9.6mm　，高度（换位处绝缘、对地绝缘和防晕层）为　9.7mm　。槽内绝缘（线圈绝缘厚度、槽底垫条、层间垫条、楔下垫条、楔下波纹板和下线间隙）高度为24.5㎜，宽度（线圈绝缘厚度、下线间隙）为9.9㎜。　　
　2.1.2　定子线圈端部绝缘结构　　
定子线圈端部绝缘结构中对地绝缘与槽内导体绝缘相同，采用规格为0.18×25㎜的9545　-1G　 型F级环氧粉云母带，形成宽度和高度均为　9mm　的绝缘层。对地绝缘外防晕层由规格为0.19×25㎜的高阻半导体玻璃带FB-3、FB-4以及规格为0.18×25㎜的9545　-1G　 型F级环氧粉云母带组成。排间绝缘为宽0.5的规格为0.9的HDJ-9型F级多胶粉云母板组成。　　
定子线圈绝缘结构采用温度指数为　155℃　的涤纶双玻璃丝包铜扁线，型号为DSBEB-20/155，绝缘厚度按0.2㎜计算。槽内绝缘厚度不包括先前绝缘公差。槽底半导体适形材料每端应比铁心长10～15㎜。半导体适形材料系白胚涤纶毡浸898双组分半导体浸渍胶而成，具体浸渍及应用工艺按62632（三）工艺守则要求。　　
　2.1.3　定子线圈防晕结构　　
定子线圈外部有一层防晕层，其结构为“一次成型”结构，处理工艺按OEA.615.087实施。防晕结构从里向外依次为0.08×25㎜规格FB-1型半导体低阻玻璃带，0.19×25㎜规格FB-4型全固化中阻带，0.19×25㎜规格FB-3型全固化高阻带，0.18×25㎜规格9545 　1G　型F级环氧粉云母带和9130型环氧脂凉干红瓷漆。　　
　2.1.4　并头套绝缘结构　　
同一槽内两根定子线棒的两端连接部分采用了并头套绝缘结构。两根线棒（引出线和极间连接线）端部经连接板08D6143连接，线棒间垫有垫块08D6144。整个连接部分罩在一4330-1酚醛玻璃纤维压塑料压制成的绝缘盒内。下端绝缘盒用879双组分灌注胶灌注，上端绝缘盒用881双组分灌注胶灌注，上端绝缘盒底口密封采用HDJ-18环氧树脂填充腻子填充，具体施工工艺参照61288（三）工艺守则。并头套中线棒与绝缘盒搭接部分为45-50㎜，绝缘盒下部壁厚6.0㎜，上口壁厚4.5㎜，绝缘盒底厚6.0㎜。绝缘盒上口与线棒间距为3㎜，下部与并头套间距为1.5㎜。灌注绝缘盒时应保证灌注料与绝缘盒顶端平齐。绝缘盒外线棒之间固定件采用环氧酚醛层压玻璃布板3240，外叠绕定向0.3×25㎜玻璃纤维带。绕组固定件与线圈直接接触部分均垫以环氧浸渍涤纶毡（白阫涤纶毡），使之适行无间隙。线棒固定用涤纶护套玻璃丝绳。　　
　2.1.5　绕组端部绝缘距离　　
定子绕组端部高低电阻搭接处至齿压板的距离为18㎜，端部防晕层末端对齿压板等金属件的距离为95㎜。绕组端部铜排对地距离为118㎜，铜排间距离为65㎜，极间连接线高出导体65㎜。　　
　2.1.6　定子装配技术要求　　
（1）下线前定子铁芯槽内喷1235防晕漆一次，下线全部结束后在铁芯表面及绕组端部喷环氧树脂晾干红瓷漆9130二次。　　
（2）线圈与槽壁间隙大于0.3㎜时，一律用9332半导体玻璃布层压板塞紧，尺寸为0.5×80×910㎜。　　
（3）线棒端头的连接板、极间连接、线棒端头与同欢的连接均采用银焊HIAgCu80-5焊接，需保证焊接质量。　　
（4）绝缘盒灌注按61288工艺规程进行，应保证灌注料与绝缘盒顶端平齐。　　
（5）所有紧固件（如端箍、垫块等）与线圈直接接触面均垫以环氧浸渍涤纶毡，使之适行无间隙。线圈端部绑扎一律采用0.3×25㎜定向玻璃纤维带，并按62642工艺守则处理，涂刷胶采用HDJ-16双组分涂刷浸渍胶。白胚涤纶毡厚度为1.0㎜、2.0㎜、3.0㎜、4.0㎜。端箍、连接线及引出线接头包扎9545　-1G　环氧粉云母带时边包边刷HDJ-16双组分涂刷浸渍胶。　　
（6）铜环引线与线棒端头连接时，根据实际情况必要时加工铜环端头。极间连接线接头，铜环引线的接头的绝缘处理按OEA.615.200绝缘规范处理。　　
（7）绝缘耐压试验按OEA.626.008（版6）交流电机定子绝缘耐压试验规范进行。　　
（8）测温电阻元件埋入前，表面刷一层1235防晕漆。测温元件在槽底时，上下半导体适形材料互换使用。　　
（9）根据线圈斜边间隙的实际尺寸选配垫块，使其与线圈紧密配合。定子线圈端部固定工艺按规程64642进行。槽口、斜边等各种垫块采用4330-1酚醛玻璃纤维压塑料的压制件或3240环氧酚醛层压板的加工件。凡加工面均需浸（或刷）9120环氧酯绝缘漆。　　
（10）槽内半导体适形材料浸898双组分半导体浸渍胶，并按工艺规程62632进行。　　
（11）安装时，在定子支墩与基础板接触面间涂一层二硫化钼。　　
（12）定子装配完毕后，机座外表面油漆系统按OEA.625.005-93 P6进行。　　
2.2转子绝缘　　
　2.2.1　转子（励磁）引线绝缘　　
转子引线导体接头处用HIAgCu80-5焊料焊牢，并包绕0.14×25三合一玻璃粉云母带半叠绕6层，再包0.1×25无碱玻璃纤维带半叠绕一层，最后喷9130环氧树脂晾干红瓷漆。然后按OEA.626.010规范进行耐压试验，转子额定电压为400V。转子绝缘规范按OEA615.201（三）规范进行。　　
　2.2.2　转子磁极绝缘　　
转子磁极绝缘包括极身（对地）绝缘和匝间绝缘。匝间绝缘采用了刷环氧树脂的绝缘纸。环氧树脂采用了哈尔滨电机厂提供的ＨＥＣ－５６１０２室温固化涂刷胶，该胶与固化剂按照重量比4比1的比例混合均匀即可，适用期为30分钟。绝缘纸采用进口的NAX、DMD、DMN型号挵酶柯纸。极身绝缘是一复合绝缘结构，除了在磁极铁芯上涂刷1032#绝缘漆并烘干外，磁极铁心与磁极线圈之间绝缘是0.16mm厚的环氧酚醛玻璃胚布烫包一层，垫0.25mm厚的5233#虫胶塑型云母板3-4层烫包；外垫0.17mm厚的聚酯薄膜玻璃漆布复合绝缘一层，然后将0.16mm厚的环氧酚醛玻璃胚布反转烘压处理。磁极线圈与极靴之间垫4mm厚的3240#环氧玻璃布板，并用0.5-1mm厚的3240#环氧玻璃布板调节高度。　　
3 SF300—56/13600发电机绝缘检测情况分析　　
3.1发现的问题　　
为了掌握发电机绝缘系统的健康状况，每年要进行发电机的预防性电气试验和常规的维护检查。2006年4月，2#机组小修进行直流耐压试验时，定子绑线218-219处绝缘击穿。5#机组在2006年的大修中，对发电机转子进行电气预防性试验时，发现其15#和35#磁极交流阻抗下降，且其两侧磁极交流阻抗也略有下降。2007年6月，3#机组小修中对发电机进行常规检查时发现发现多个定子端部并头套有环氧树脂溢出。6#机组在2007年10月大修中也发现32#磁极交流阻抗数值比其它磁极的低。这些情况表明，随着运行时间增长，发电机绝缘系统已经出现了劣化现象。　　
3.2 发电机绝缘劣化分析　　
发电机绝缘劣化是一个长期渐进过程，其影响因素主要有运行环境和绝缘结构质量两个方面。　　
1）运行环境影响　　
发电机运行过程中受到电、磁、热、灰尘、油污、酸碱等因素的作用，其绝缘系统会逐渐劣化，甚至出现故障。在高电压电场作用下，发电机绝缘层内的空隙会产生局部放电，进而产生树枝状放电，引起绝缘劣化。发电机运行过程中，在电流作用下，会产生大量热，尽管发电机有冷却系统，但绝缘材料在长期的热作用下，会收缩热分解产生空隙及剥落造成绝缘劣化。发电机运行过程中还受到电磁力的作用，特别是起动、突然短路等异常情况发生时，与热应力、振动等高循环疲劳一起作用，造成绝缘的机械劣化。同时，发电机在运行中，还会受到碳粉灰尘、油污的影响，使得绝缘劣化。　　
2）绝缘结构质量　　
由发电机绝缘结构可以看出，其复合绝缘中的绝缘材料有一个填充组合固化过程，有许多环节是在现场安装时进行的，这样绝缘材料的制造和现场安装工艺、安装技术对于绝缘结构的寿命就具有很大的影响。即使严格按照标准工艺施工制造，也难排除个别绝缘结构形成中存在不可避免的缺陷。当然，对于制造和安装质量是有严格的检验标准的，但通过了检验标准也并不能完全排除个别绝缘结构的提前劣化。　　
3）综合分析　　
本厂6台机组按照6、5、4、3、2、1的顺序投运，按照正常的绝缘劣化规律分析，应该是投运早的绝缘劣化早，但本厂发电机绝缘先发现问题的是2#机组和5#机组，接着是3#机组和6#机组，这充分说明发电机绝缘系统质量存在不平衡性，其中5#、6#机组发现的磁极匝间绝缘问题是在大修中通过试验才发现的，而2#、3#机组定子绝缘问题是在小修中发现的。2#机组个别定子绑线在电气预防性试验中击穿暴露了定子绝缘的薄弱环节集中在端部，3#机组个别定子并头套运行中环氧树脂溢出应该是与绝缘组分配比及固化质量有关。　　

4．结束语　　
本厂的发电机绝缘检测情况表明，发电机投运7年后，绝缘劣化情况就会凸现，应进一步加强发电机的绝缘监督。本厂的发电机绝缘缺陷都是在小修和大修中结合电气预防性试验发现的，这充分证明了定期进行检修并进行电气预防性试验的必要性。但针对现行的利用小修和大修进行电气预防性试验的绝缘监督制度，在需要进一步加强绝缘监督时则显现出其局限性。目前正在研究和推广的电力设备绝缘在线监测技术可以很好弥补常规定期检修的局限性，实现连续实时对电力设备绝缘进行监测，其中已经有针对发电机的绝缘监测系统投入实际应用。因此，结合我厂实际推广应用发电机及电气设备的绝缘在线监测技术就成为我们下一步关注的重点。