凤滩电厂5号发电机绝缘盒开裂处理

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摘要

凤滩水力电厂5号发电机型号为SF200-48/11810，机组容量200MW，定子线圈为F级绝缘，天津阿尔斯通产品。2013年，在实施发电机A级检修中发现定子端部绝缘盒出现大面积贯穿性裂纹，电位检测严重超标和存在明显放电，成为机组安全运行的重大设备隐患。本文就现场处理方案选择和关键工序以及质量控制进行了介绍，供在同行业水轮发电机组类似隐患治理工作中提供借鉴。

关健词：水轮发电机；定子；端部绝缘盒；耐压试验；裂纹

中图分类号：TM312文献标识码： A

一5号发电机基本情况

5号发电机为立式三相同步发电机，采用静止励磁、全密闭循环空气冷却系统。发电机定子绕组制造采用阿尔斯通总公司的绝缘规范、制造工艺和质检标准。定子绕组采用条形线棒叠绕组，3Y形联接。线棒接头采用银焊结构，以提高接头质量和运行温升，确保安全可靠。发电机最大出力228.6MVA，额定转速125转/分，定子额定电压15.75kV, 定子线圈槽数468槽，采用蝶绕方式。

二裂纹隐患简述

1、2013年12月8日，在清洗发电机定子和铁芯工作中发现部分定子上下端部绝缘盒出现裂纹安全隐患，裂纹绝缘盒数量多、分布广、长度不一，最严重的为贯穿性裂纹。根据现场检查和核实，发现5号发电机定子上下端部存在绝缘盒裂纹的数量较为普遍，统计上端部305个，下端部104个，其中部分绝缘盒系贯穿性裂纹，裂纹部位大部分集中在发电机定子内圈侧。

三现场诊断分析

（一）历年试验数据分析

1、直流耐压及泄漏电流数据分析比较(电流单位为μA)

相别 2007.11.15 2008.12.9

（大修前） 2009.2.9

（大修后） 2010.3.10 2011.3.7 2012.2.28 2013.11.24（大修前）

温度℃ 24 19 17 26.4 18.8 16.6 19

湿度% 59 69 74 60 49 43 49

0.5U A 6 7 12 5 6 7 8.9

B 9 10 10 7 7 6 8

C 9 9 10 6 6 6 8

1.0U A 16 16 24 12 16 12 13

B 19 17 22 9 16 13 18

C 19 20 26 16 15 15 12

1.5U A 45 26 40 34 32 20 26

B 43 26 34 19 26 25 28

C 39 28 36 23 29 20 20

2.0U A 70 40 64 63 52 35 32

B 55 39 60 43 46 44 32

C 60 44 65 40 43 35 32

2.5U A 99 45

B 101 45

C 90 40

规程要求及标准：

（1）各相泄漏电流的差别不应大于最小值的50%，当最大泄漏电流在20 μA以下，各相间差值与出厂试验值比较不应有明显差别；

（2）泄漏电流不应随时间延长而增大；

（3）泄漏电流随电压不成比例地显著增长时，应及时分析。

3、分析机组投运后历年预防性试验记录，试验数据未见异常。泄漏电流因环境因素略有差异,但总体趋于平衡状态，直流耐压及泄漏电流试验合格。

（二）诊断分析

1、在综合分析5号发电机投产前现场施工环境、安装工艺以及投产后历年试验检测数据并结合检修经验的基础上，初步认定绝缘盒出现放电原因很可能系原填充胶灌注工艺缺陷导致胶体出现间隙或裂纹，商定对发电机定子端部绝缘盒进行电位测量，以判断绝缘盒表面电位和绝缘质量。

2、传统预防性试验对发电机定子线圈端部接头的绝缘缺陷检测，具有一定的局限性。由于发电机定子端部绝缘盒距铁芯较远，施加到绝缘中的电压大幅下降，利用交、直流耐压不易发现端部绝缘缺陷。针对#5号发电机A级检修中发现定子端部绝缘盒裂纹隐患，为查明原因以及判定严重程度，参照火电汽轮发电机定子端部接头电位测量方法和试验标准，有针对性地选择发电机上下层定子端部绝缘盒约50个点进行初步电位检测和分析判断。其中选择50个点大部分系裂纹绝缘盒，少部分为完好绝缘盒，在施加15.75kV直流电压下，测量发电机定子端部表面电位。试验过程中发现存在明显放电现象的绝缘盒有5个（上端部3个、下端部2个），最高电位达8000V。试验后经仔细检查，发现绝缘盒裂纹处对锡箔纸放电且有明显放电痕迹，放电部位集中在线棒接头焊接位置。

3、对于水轮发电机定子端部绝缘盒表面电位标准值行业标准规范中并没有明确规定，参照DL/T 596―1996《电力设备预防性试验规》中关于200MW及以上的国产水氢氢汽轮发电机端部接头电位试验不超过3000V标准值以及参考国内同行业水电厂水轮发电机定子端部绝缘盒故障处理经验，#5号发电机定子端部绝缘盒表面电位达8000V超过3000V标准值，也远超过水轮发电机组定子端部绝缘盒表面电位不超过800V的经验值，检测结果表明绝缘盒裂纹隐患已非常突出和严重，危及到机组的安全稳定运行。

4、结合初步试验检测结果，组织相关技术人员对绝缘盒裂纹隐患产生的原因进行了专题分析和讨论后，决定对发电机上端部电位检测数据异常且放电明显的绝缘盒用电钻开孔和整体破坏验证性检查，对其他发电机绝缘盒用铜锤轻敲方式逐个检查。

（1）检查方法一：试用铜锤在绝缘盒内外两侧以及上端面轻敲，可明显听出部分绝缘盒内灌注胶未填实形成的空洞声音。

（2）检查方法二：用电钻在绝缘盒放电部位开一圆形小孔。

（3）检查方法三：戳开绝缘盒检查灌注胶。

（4）检查结果：

一是绝缘盒内因灌注胶未填实形成空洞。

二是绝缘盒内圈侧与线棒之间几乎无填充胶，完全靠绝缘盒绝缘。

三是绝缘盒内填充胶因原灌注工艺或胶体配比问题,导致胶体开裂出现纹隙。

5、为进一步确认5号发电机定子端部绝缘盒放电数量以及表面电位检测数据的准确性和真实性，用专用电位测量杆重新对5号发电机定子端部全部绝缘盒进行了电位复测。复测结果与本厂检测结果基本吻合。

（三）诊断结论

1、从现场诊断分析和结合历年发电机运行工况、试验数据分析比较来看，发电机线棒接头焊接情况良好，定子绕组直流电阻变化趋势不明显，历年预防性试验数据未见异常，整体发电机定子绝缘性能未见下降。发电机定子端部绝缘盒裂纹隐患处于发展和扩大中，是发电机安全稳定运行的潜在隐患。

2、综合发电机历年预防性试验数据分析和现场诊断结果，初步认定5号发电机定子端部绝缘盒裂纹以及表面电位异常主要系以下几个方面原因：

（1）绝缘盒本身材质和质量原因，延展性及强度均不能满足现场要求。

（2）发电机定子绝缘盒在安装时工艺控制不严，绝缘盒灌注胶在盒内分布不均，致使部分绝缘盒内壁与线棒之间几乎无填充胶，形成与线棒导体直接接触（绝缘盒壁厚4mm），并完全依靠绝缘盒绝缘。一旦绝缘盒出现裂纹后，在施加直流电压下，空气被击穿形成间隙放电，从而导致定子端部表面电位异常或放电现象。

（3）绝缘盒内填充胶因原灌注工艺或胶配比问题,致使部分绝缘盒内与线棒之间胶体填充不实形成空洞，一旦绝缘盒出现裂纹后，在施加直流电压后，空气连同胶体纹隙一同被击穿形成间隙放电，从而导致定子端部表面电位异常或放电现象。

3、查阅《水轮发电机状态评价细则》等相关标准，判定绝缘盒裂纹系重大设备隐患，发电机处于严重状态下。根据省电力公司《水电厂发电设备状态检修导则》，结合评价结果，应尽快安排检修进行隐患治理。

四现场处理及试验

（一）现场试处理

1、为确定现场处理修复方案，对放电最严重及有明显开裂痕迹的绝缘盒进行了简单试处理：将云母片用环氧树脂胶粘合在绝缘盒裂纹侧，然后用玻璃丝带缠绕多层并固定云母片，最后再整体涂刷环氧树脂胶封合。

2、待环氧树脂胶完全固化后，再对其进行了表面电位试验，电位检测正常,无放电或击穿现象。

（三）现场处理

1、关键工序及质量控制

（1）拆除绝缘盒：

① 做好安全防护措施，合理使用合适的工器具。

② 拆除绝缘盒时，确保不能损伤定子线棒表面绝缘，不能损伤线棒股线和线棒接头焊接质量。

③ 用錾子及特制专用铁錾沿绝缘盒切开的槽口錾开，錾掉绝缘盒、清除盒内灌注胶。清理过程中注意不要损伤并头块、线棒铜股线及其主绝缘。再用锉刀轻轻修平并头块及线棒铜条上的毛刺，用240目砂纸清除并头块、线棒铜条上残留的少量填充胶。彻底清除敲下的绝缘盒、填充胶碎片，重点清理掉入线棒层间缝隙的小块碎片，防止其在机组运行时随机组震动损伤线棒绝缘。

（2）线棒接头检查：

① 清理线棒接头连接表面，用酒精檫试干净，必要时用放大镜作外观检查，表面应光洁、平整、无气孔、无裂纹。

② 在戳开绝缘盒和清理绝缘胶过程中，可能造成定子线棒多股铜线损伤情况，必要时对线棒股线进行修复。依据厂家工艺要求，采用乙炔焊枪焊接方式，加热需要补焊的部位。焊接前在线棒四周和相邻部位用防火材料防护，对受损线棒加热后在断口处填充高银焊条（材质为铜银合金）进行修补，直至焊接部位全部填满为止，确保连接完好。

③ 处理中检查发现定子上端部26、29、305槽及下端部7、104、216、367槽存在局部虚焊现象，对虚焊部分进行了补焊。石棉布和石棉带浸水后，将需要补焊的线棒周围缝隙填满，用火焊加热银焊条，迅速填满虚焊部位，防止因加热时间长引起温度过高，损伤线棒绝缘。

④ 必要时测量线棒连接板接头直流电阻。

（3）绝缘盒及线棒根部绝缘处理：

① 用DQ50电气设备带电清洗剂将并头块、线棒铜条及其主绝缘表面清洗干净，再用桐马粉云母带对绝缘盒内定子线棒根部35 mm长度范围内线棒加强绝缘，半叠包6层，每包一层，涂刷一层HEC56102（1：1）涂刷胶。

② 用酒精将绝缘盒内外脱模剂清理干净，对绝缘盒进行干燥处理后，进行绝缘电阻及耐压试验直至试验合格。

（4）上端部绝缘盒安装工序及质量要求：

① 检查线棒根部绝缘损伤情况并视检查情况进行处理，保证线棒根部绝缘搭接长度大于35毫米。

② 将0.5mm环氧树脂板按线棒及绝缘盒尺寸剪成E形，套入线棒以封堵绝缘盒下端口。将HDJ―18双组份封口腻子揉和均匀，将其粘到环氧树脂板后，迅速将绝缘盒套入，调整好绝缘盒与并头块之间的间隙，做到前、后、左、右间隙均匀、高度一致（利用楔子板进行控制）。

③ 绝缘盒封口腻子不允许与相邻绝缘盒封口腻子相连。封口腻子紧密填塞绝缘盒周围后，在20℃温度下至少固化12小时后方可进行绝缘胶的灌注。

④ 严格执行哈尔滨电机厂《881双组份并头绝缘盒灌注胶（上端）应用工艺守则》工艺要求调制灌注胶。利用漏斗缓慢将灌注胶注入上端部绝缘盒，灌注时不得一次性完成。首先灌入少量的灌注胶，观察有无渗漏，待第一次灌注胶固化24小时后，再进行第2次、第3次灌注，全部灌注完成24小时后，再根据绝缘盒内的灌注胶情况，将绝缘盒灌注胶补满。

⑤ 881双组份并头绝缘盒灌注胶要求填充饱满，不允许有气泡、杂质，表面平整，胶面不低于绝缘盒开口。

⑥ 881双组份并头绝缘盒灌注胶混合应用后，在不低于23℃的环境下，（如环境温度低于23℃，需采取加热措施。）固化24h以上，待完全固化后方可进行耐电压试验。

（5）下端部绝缘盒安装工序及质量要求：

① 用钢筋及螺杆制作成简易千斤顶，用大芯板做托板，加工简易安装工具做绝缘盒底部支撑。

② 检查线棒根部绝缘的损伤情况并视检查情况进行处理，保证线棒根部绝缘搭接长度大于35毫米。

③ 将绝缘盒套入线棒，调整好绝缘盒与并头块之间的间隙，做到前、后、左、右间隙均匀、高度一致。

④ 严格执行哈尔滨电机厂《879双组份并头绝缘盒灌注胶（下端）应用工艺守则》工艺要求调制灌注胶。利用漏斗缓慢将灌注胶注入下端部绝缘盒，灌注时不得一次完成。首先灌入少量的灌注胶，待第一次注胶固化24小时后，再进行第2次、第3次灌注，全部灌注完成24小时后，再根据绝缘盒内的灌注胶情况，将绝缘盒灌注胶补满。

⑤ 胶灌注完毕24h固化后，将绝缘盒外表面清理干净。用酒精擦洗绝缘盒表面，然后喷绝缘漆作防潮刷涂。

简易工具及安装示意图：

（6）手包加强绝缘工序及质量要求：

① 将有裂纹的绝缘盒表面用甲苯酒精（混合比1：1）清理干净，重点是裂纹处，用软毛刷蘸混合溶剂擦拭干净，并干燥。

② 干燥完后，用80~100目砂纸将所有表面打磨光滑后，用棉布包蘸混合溶剂檫拭干净；

③ 在绝缘盒裂纹处涂刷HEC56102胶，涂刷时，变涂刷边用热吹风吹，让HEC56102胶尽可能渗入裂纹内部。

④ 用毛刷将绝缘盒表面均匀涂刷HEC56102胶一遍，然后边包0.14×25桐马粉云带边刷HEC56102胶，横向（切向）包饶2~3层(半迭绕)，轴向包饶3层。包饶完后，表面均匀涂刷一遍HEC56102胶，待彻底干燥后，再喷涂9130环氧酯红瓷漆。

（四）竣工验收

1、外观检查：发电机定子整体清扫干净、线棒层间及引风板内无遗留物；

2、旁站及过程验收：发电机定子端部绝缘盒拆除及更换等整套处理工艺流程实施旁站和过程验收；

3、绝缘盒更换后端部电位检测合格，无放电现象；

4、各项电气试验合格，试验数据满足规程要求；

5、竣工后整体性验收检查。

（五）效果评价

1、发电机绝缘盒裂纹隐患治理后定子绕组绝缘电阻、直流电阻、直流耐压及泄漏电流、绝缘盒表面电位试验、交流耐压试验均满足规程要求，绝缘盒表面电位未见超标和放电现象。

2、成功治理发电机端定子部绝缘盒裂纹隐患后，绝缘盒表面电位检测中只有三个绝缘盒电位在100V以上。上端部6槽绝缘盒101V、上端部192槽绝缘盒106V、下端部289槽绝缘盒116V，极少部分绝缘盒电位检测值在80V以下，大部分绝缘盒电位检测值在10V左右。

3、同步根治了发电机推导甩油造成定转子以及铁芯的油雾污染，对造成油污染的发电机铁芯以及定转子开展了专业化清洗，效果明显。

4、发电机A级检修工作完毕后，通过升流试验、升压试验、机组24h试运行后未发现异常。

5、通过开展隐患治理和效果评价，消除了设备潜在的安全隐患，提升了设备健康水平，保障了机组安全稳定运行，达到了预期效果。

参考文献

1、GB/T-8564-2003《水轮发电机安装技术规范》

2、《哈尔滨电机有限责任公司绝缘盒修复处理工艺守则》

3、国家电网《水电站电气设备预放性试验规程》