鄢仁成，王 洲

（珊溪水力发电厂，浙江 温州 325304）

珊溪水力发电厂装机容量4×50 MW，混流式发电机组，通过220 kV系统接入浙江电网，担负调峰、调相及事故备用任务。

2010年10月，2号机组进行A修。在对发电机定子进行例行检查和清洗时，发现部分定子上挡风板与线棒上端周围的表面有烧灼迹象，烧灼部位呈现白色，线棒上还附有少量淡黄色油泥状和粉状的物体。

定子线棒是发电机内部的关键部件，除定期预防性试验外，发电机内部异常情况很难被发现。因此，电厂未将A修时发现的异常现象简单定性为油污和粉尘，而充分利用A修机会仔细检查了发电机内部情况，深入查找发电机内部可能存在的问题。

1 水轮发电机概况

珊溪电厂水轮发电机型号为SF-J50-24/6200，铁芯外径为6200 mm，定子由机座、铁芯、线圈、端箍、铜环及基础螺杆等部件组成。定子机座由二辨组成，现场组装成圆形整体，固定于混凝土基础。机座及基础板、定位销、固定螺栓符合厂家规定的各种情况下的位移要求和应力承受。定子绕组由安装单位在现场立式嵌线，采用分支绕组，定子共342槽，双Y形接线，绝缘等级为F级。

水轮发电机定子采用全封闭双路径循环空气冷却系统。运行时，发电机内部的空气在转子支架、磁轭、磁极等部件旋转形成的压力作用下，通过空气间隙、定子铁心、定子机座和空气冷却器冷却后，流经定子机座的上/下两端返回到转子支架。发电机端部安装挡风板，目的是为了减少定子端部冷风风量和风压的损失，提高发电机端部的冷却效果。上/下端部挡风板各由15段搭接而成，挡风板与线棒之间用Φ12绑扎带直接捆绑。

2 定子线棒磨损评估及原因分析

对线棒上的附着物进行检查，发现油泥状的物体附有少量油渍，而粉状的物体则较为干燥，上挡风板与线棒上端部的绑线有部分松弛，并出现缝隙，接触部分有磨损。拆除上/下端部挡风板进一步检查，发现在上挡风板通风口处有大量的附着物，线棒受损严重部位磨损了2.0～3.0 mm，呈阶梯状。经统计和比对，缺陷主要集中在上层线棒端部，两段挡风板搭接部位尤为严重。从检查情况来看，定子线棒磨损严重，若不进行处理并继续长时间运行，必将造成定子线棒因磨损过重而发生发电机绝缘击穿事故。由于检查及时、深入，避免了一次定子绝缘事故。

对线棒上淡黄色油泥状物体的取样分析表明，其主要成份为硅、碳、钙等物质，基本是制动闸材料和绝缘材料。

用带电清洗剂将定子清洗干净后，对线棒进行仔细检查，未在线棒其他部位发现电晕痕迹。（如果线棒其他部位产生电晕现象，槽内电晕会使线棒受到电腐蚀，使绝缘层产生针孔，槽外电晕还会使线棒龟裂。）

通过检查分析，认为线棒磨损的主要原因是∶

（1）发电机定子线棒在长期运行过程中，受到定子线棒电流和槽内横向磁场的作用，在槽内线棒产生径向电磁力，而定子绕组端部长期受到双倍周波频率振动作用，加上线棒和挡风板之间为直接接触，两者产生相对摩擦，长年运行的累积效应造成定子线棒磨损，形成放电间隙，并产生电晕粉末。

（2）发电机上、下导油槽运行中存在甩油现象，制动闸板制动过程中产生的粉尘也较多，导致发电机内部的运行环境较差，油泥较多，使线棒发生电腐蚀。定子风道中吸附的油污脏物也严重阻碍了定子的散热。

分析上述原因，线棒与挡风板之间的直接接触是造成线棒磨损的内在因素，而不良运行环境加速了电腐蚀的形成。从该起机组线棒磨损成因可以看出，作为重要机电设备，设计、安装工艺上的微小缺陷在长期运行的累积效应下，也将造成严重后果，部分缺陷在交接试验时发现不了，但经长期运行后，由于受到热、机械、电和化学等因素的长期作用，这些缺陷将成为机组最薄弱环节，并在运行中或预防性试验中逐渐暴露出来。因此，在机组每次的检修和试验中，对于主设备上发现的问题，即使是小问题，也要彻底处理，不能留任何隐患。

3 定子线棒受损后的修复处理

发电机线棒受损后的处理方式为：更换受损线棒或对受损线棒的绝缘进行修复。由于此次故障为线棒主绝缘层磨损，根据电厂线棒备品情况，决定更换受损严重的线棒，并对定子运行环境进行优化，防止再次发生线棒主绝缘磨损。

更换受损线棒的步骤为：确认更换线棒；新线棒单根试验；取出故障线棒；对剩余线棒进行电晕试验和槽电位测试；新线棒下线、定子线圈接头焊接；定子线圈接头绝缘包扎；对定子全面检查清扫；定子整体试验；机组升流升压试验。

（1）更换线棒确认。根据现场线棒磨损情况和整机起晕试验来确定更换线棒数量，以起晕试验数据为优先考虑因素。针对本次线棒磨损情况，经专家讨论分析和现场试验，最终确定更换35根受损严重的上层线棒。

（2）新线棒单根试验。拆除定子线棒备品防护带，用干净棉布擦净表面，再用浸有无水酒精的棉布擦拭线棒表面。在密闭房间内用浴霸直接烘干线棒，温升速率不超过15℃/h，升至90℃后保温12 h。降温时，降温速率不超过10℃/h。线棒温度恢复至室温后，用2500 V兆欧表摇绝缘电阻不低于5000 MΩ；单根线棒起晕试验的起晕电压不低于1.5Un；交流耐压试验（2.75Un+2.5 kV）。单根线棒试验结果全部合格后方可安装，若线棒绝缘电阻偏低，需烘干后再次试验。

（3）取出故障线棒。将受损的35根线棒先做好记号与防范灌注胶飞溅措施，然后逐个拆除固定用的绑扎带、线棒上/下端的绝缘盒和固定线棒的槽楔，最后取出线棒。

（4）对剩余线棒进行电晕试验和槽电位测试。对留在槽内的剩余线棒进行绝缘电阻、泄漏电流测试和直流耐压试验（2.5Un）、交流耐压试验（1.6 Un+2.4 kV）。按照GB/T 8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》中“整机耐压试验时，在1.0倍额定线电压下，端部应无明显的金黄色亮点和连续晕带”的要求，采用“在黑暗环境条件下目力观察法”，在1.3倍相电压（额定线电压10.5 kV）下对定子线棒进行试验，A，B，C三相均未发现桔黄色亮点或白色和蓝色光存在，试验结果表明线棒无放电痕迹，三相耐压试验（1.6倍Un）耐压时间1 min通过，槽电位测试不大于10 V。试验结果表明，剩余线棒符合继续运行标准。

（5）新线棒下线。新线棒下线时，上/下端部与已装线圈高度一致，上/下层线棒接头错位不大于5 mm，前后距离偏差在并头套长度范围内，线圈在槽内单侧间隙不大于0.3 mm，长度不大于100 mm，用槽楔将线棒固定牢固。

在下线工艺上应注重加强3个方面的质量管理：线棒下线过程中，加强槽内半导体垫条、槽楔的紧密性检查和处理；加强线棒固定、端部绑扎的质量管理；在绑环、垫块与线棒间衬垫合适厚度的涤纶毡，防止硬接触磨损线棒绝缘。

线棒端部防晕处理及喷漆防晕采用半导体材料低阻漆，将配制好的低阻漆喷在清理后的线棒表面，在半导体环氧树脂的喷涂过程中要防止半导体材料流至铁心及齿压板上。

（6）定子线圈接头焊接。定子线棒接头焊接采用银-铜钎焊，焊接过程要对焊接线棒及相邻线棒两侧的绝缘部位用干燥的石棉布进行可靠的绝缘隔热保护，同时要防止金属粉和焊液流出烧坏线棒，或掉进定子铁心和绕组中。准备措施完成后，用铜银焊机的炭精块对准待焊部位，同时在线棒和炭精块之间各放1片银焊片，用气压夹头夹紧。确认好位置后再打开冷却水和电源开关进行焊接。在焊接过程中要严格控制电流接通时间（要求通电不超过1 min），直至银焊片熔化。当线棒接头焊透后，用银焊条对焊缝表面进行焊料补充，焊接结束后用压缩空气进行冷却，待焊接冷凝温度回落到130℃才拆开夹钳。焊后要及时检查清理接头，不许有焊渣存在，要求接头表面光滑，无棱角、气孔及空洞。接头焊接后冷却到常温时测量直流电阻，要求不超过10 μΩ，最大值与最小值之比不大于1.2倍。

焊接过程中尽量减少热应力，从而降低残余热应力对定子线棒的损伤。在保证引线头间距的同时，要兼顾定子线棒端部间隙，使之符合设计要求。当两者有矛盾时，优先保证端部间隙，同时通过校形保证引线头间距。

（7）定子线圈接头绝缘包扎及绝缘灌注。在引出线接头焊接完成后，采用云母带和玻璃丝带包扎焊接接头。接头的绝缘包扎与引出线原有绝缘的搭接长度应大于30 mm。绝缘包扎采用半叠包形式，浸渍过的云母包扎带为14层，包扎过程中需不断涂抹环氧树脂，并不断将层间的空气挤出。云母带包扎完成后再在外部包扎3层玻璃纤维带加以固定。

绝缘盒灌注环氧树脂前要进行环氧树脂填充料的配比试验，以检查树脂的固化情况。树脂开始固化时间为8 h，完全固化时间为48 h。确定配比试验合格方后可灌注。具体步骤为：

1）绝缘盒内表面用棉纱和酒精擦净，放在烘箱预热，使绝缘盒没有潮气。

2）清洁线棒，用胶布做好保护，防止灌注胶和清理固化后溢出的残胶。

3）调整好绝缘盒的位置，使线棒处在绝缘盒的中间，同时用千斤顶托平绝缘盒。

4）分二次灌注，第一次注入少量胶，注满盒底即可，同时注意盒下端的渗漏，待灌注胶基本固化后再进行第二次灌胶，盒满为止。浇灌后环氧树脂应饱满、无气泡、无分层及裂纹。

（8）定子全面检查清扫。用带电清洗剂对定子、转子的通风沟进行全面清扫，包括转子支架内的进风槽口。

（9）上/下挡风板安装和线棒端部绑扎。

由于此次发电机定子线棒磨损最严重的是两段挡风板搭接部分，故更换线棒后对挡风板搭接部分采用了两段挡风板的末端重叠搭接，并在挡风板和线棒之间加垫厚度合适的涤纶毡垫片，以减少运行中的摩擦。采用Φ8绑扎带绑扎，最后涂刷环氧树脂进行固化。在绝缘支架与过桥引出线之间也增加适形涤纶毛毡垫片绝缘材料，以减少绝缘支架与过桥引出线之间的相互摩擦。

线棒端部的绑扎包括：线棒斜间垫块绑扎、上层线棒上端支撑块绑扎、端箍环绑扎、端箍环注胶等。用Φ12绑扎带采用半叠包的形式绑扎，每个楔子块绑扎3道，绑扎过程中尽量减少接头，并将接头压至绑扎带下。绑扎完成后在绑扎带外涂刷环氧树脂进行固化。固化后在定子表面喷188红瓷漆，对定子进行美化覆盖。

（10）试验结果和运行情况。受损线棒的处理共用时15 d。修复后检测发电机组三相直流电阻、定子三相绕组绝缘电阻、吸收比、定子绕组的泄漏电流、直流耐压，进行起晕试验、交流耐压试验、启动时升流升压试验，试验结果符合相关技术标准的要求，表明修复情况良好。

4 整改与预防措施

4.1 整改措施

由于2号机组解体时还发现制动闸粉尘较多等问题，故在线棒处理外还采取了以下措施：

（1）更换2号机制动闸材质，降低磨损速率，减少制动过程产生的粉尘。

（2）针对上/下油槽甩油较多的情况，将上/下导油槽的油封盖由迷宫式密封改为接触式密封，解决了轴承油外甩产生油雾的问题。

（3）对机组空冷器本体用带电清洁剂、对冷却器管路用高压水进行清洗，清除空冷器本体和管路污垢，提高空冷器冷却能力。

（4）对定子风道加压清扫，改善冷却效果。

采取以上措施后，优化了定子的运行环境。复役运行3个月后，再次检查了机坑，未发现油污，制动粉尘也非常少。通过改善空冷器和定子风道的检修工艺，提高了定子冷却性能，与未A修的1号机组相比，满负荷运行时，定子相同部位的温度低3℃。

4.2 预防措施

根据此次A修中出现的线棒磨损情况，在今后的检修和改造中可采取以下应对措施：

（1）在机组C修时，加强预防性试验数据的分析和比对，并用针孔摄影机对定子进行检查，及时发现定子的缺陷。

（2）为了随时监测发电机绝缘情况，可考虑增加在线监测设备，实时掌握机组运行情况，提高预测能力，避免和减少损失。

（3）计划改造机组空冷器，增强冷却能力，降低定子运行温度，提高线棒绝缘寿命。

5 结语

发电机端部的线棒固定和绝缘较薄弱，是最容易发生故障的部位，必须重点检查。由于定子线棒槽内、端部固定形式较复杂，任何部位存在松动、摩擦都将严重影响发电机的安全稳定运行。由于在本次A修中特别加强了对线棒固定质量的监督，避免了定子绝缘事故的发生。通过线棒故障的分析处理可以看出：线棒固定松动、挡风板和线棒之间存在相对运动的累积效应是造成线棒磨损的主要原因，因此，加强槽内和端部固定是预防定子线棒故障的重要措施之一。

[1] DL/T 596-1996电气设备预防性试验规程[S].北京：中国电力出版社，1997.

[2] GB/T 8564-2003水轮发电机组安装技术规范[S].北京：中国标准出版社，2004.

[3] 李尹光.二滩水电厂电晕现象处理浅析[J].水力发电，2010，36（4）∶73-74.