水轮发电机定子绕组端部防晕层状态分析

周仿荣,刘红文,徐肖伟,彭晶

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

水轮发电机定子绕组端部防晕层状态分析

周仿荣,刘红文,徐肖伟,彭晶

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

对现场大量的水轮发电机端部电晕测试和防晕方法总结,提出了将端部防晕层的运行状态分为四级,并针对每种状态给出了防晕处理方法。

端部电晕;绝缘;发电机

1 前言

发电机定子绕组出槽口处、通风槽口、端部线棒之间电场强度非常不均匀,容易使空气局部游离而发生电晕放电。定子绕组端部电晕放电与绕组绝缘状况有着密切的联系,由于发电机端部绝缘长期受电、热、机械应力及其环境因素的影响,导致发电机绝缘老化,防晕层防晕效果变差和起晕电压降低,使得发电机在正常运行情况下产生电晕放电。由于电晕放电将加速破坏防晕层和主绝缘,若任其继续扩大与发展,则会导致端部绝缘击穿,对于大型发电机来说电晕放电是绕组防晕体系受到破坏的重要症状[1-3]。

目前针对发电机定子绕组电晕检测的方法有两种,一是通过暗室目测观察发电机的电晕放电;二是通过日盲型紫外成像装置进行观测[4-6];本文首先对容易产生电晕放电的发电机端部进行电场强度理论分析,现场通过日盲型紫外成像装置对大量发电机进行检测得出起晕电压、放电点数、放电强度,并且利用这些特征参量去评估端部防晕层的老化情况,最后总结了防晕层的处理方法。

2 定子绕组端部电场分析

发电机定子绕组端部经过防晕处理后,泄漏电流大部分沿着表面防晕层进入铁芯,等效分布参数电路如图1所示。出槽口部位最大场强为[7]：

图1 理想的端部防晕等效分布参数电路

式中：ρs为防晕层的电阻率,经过多年的发展,端部防晕层一般采用具有非线性电阻特性的碳化硅,其电阻率随外施场强的增加而降低,具有调节场强的能力,表面电阻率为：

式中：ρ0为场强为0时碳化硅防晕层的表面电阻率;β为随外施场强呈非线性变化的系数。

发电机定子绕组端部防晕材料的选择是非常重要的,如果选择不当或防晕层受到污染和遭到破坏,则会引起局部场强过高,导致端部电晕放电和主绝缘老化[8-14]。图2为发电机定子绕组端部遭到破坏或污染时的电场分布。

图2 防晕层遭到破坏的电场分布

3 发电机定子绕组端防晕层状态分析

发电机定子绕组端部防晕层的破坏和老化情况,目前尚无缺陷定级,端部电晕放电的处理方式主要是针对某个放电点或放电比较集中的地方进行防晕处理,再者是进行整机端部防晕处理或更换线棒。由于发电机定子绕组的绕制方式和现场的条件,现有的测试方式无法精确的获得全部电晕放电的部位,甚至只能获得少量的上端部电晕放电点,这样的处理方式存在较大盲目性。为了降低端部防晕层维护和处理的这种盲目性,减缓端部主绝缘的老化速度,提高发电机安全运行水平。文中利用日盲型紫外成像技术对多台次水轮发电机定子绕组上端部上层绕组防晕层进行检测,通过归纳总结将其应用于整个发电机定子绕组端部防晕层运行状态分级,并将端部防晕层运行状态分为四级：良好、注意、一般、严重,如表1,提出了基于发电机定子绕组端部防晕层运行状态的维修和处理方法。

对某电厂型号为SF700-40/12700,额定容量为777.8 MVA,额定电压为18 kV的发电机进行电晕检测,通过对定子绕组上端部电晕检测结果,评估整个端部防晕层运行情况。定子绕组为40极八分支并联结构的双层波绕组,发电机定子绕组槽数每台有480槽,每槽内布置两根线棒,共有线棒960根,绝缘等级F级,绝缘材料主要为环氧云母粉,冷却方式为密闭自循环空气冷却。表2为被测水轮发电机端部防晕层状态数据;图2为0.8 UN测试电压下端部紫外电晕照片。

表1 水轮发电机端部防晕层运行状态分级

表2 水轮发电机端部防晕层状态数据

由表1～2可以看出,该发电机定子绕组端部防晕层运行状态为 “注意”。

4 防晕层缺陷处理方法及检测周期

通过大量的现场实测和总结分析,总结出了不同绝缘状况下的防晕层缺陷处理方法和检测周期。

1)“良好”状态的水轮发电机定子绕组端部防晕层不必进行防晕处理,但需要检查发电机端部是否存在较大毛刺和残留物;电晕检测周期为2～3年。

2)注意状态,对定子线棒端部进行彻底清洁,防晕层表面不得有油污及灰尘;电晕检测周期为1～2年。

3)一般状态

*对定子线棒端部进行彻底清洁;

*使用锉刀或砂纸打磨端部绕组、端箍表面存在毛刺和尖角的地方,清理放电痕迹,对相邻区域做好防护,并用吸尘器吸走打磨过程中产生的粉尘。

*采用高阻漆、环氧红磁漆喷涂整个绕组端部,必须保证喷涂均匀且到位,减缓端部绝缘老化速度。

处理后不必再进行电晕放电复测,电晕检测周期为1年。

4)严重状态

*完成线棒端部彻底清洁,打磨端部绕组、端箍表面的毛刺和尖角,吸走打磨过程中的粉尘。

*检查端部垫块是否有损伤或端部绕组之间的距离是否满足要求,如不满足要求,应按要求增加绑扎垫块。

*浸渍涤纶毡、绑绳完全固化好后,清理绑扎处的毛刺、尖角,并清理表面灰尘。

*对整个绕组端部喷涂2～3遍高阻漆,干燥后喷涂一遍红磁漆。

5 结束语

发电机定子绕组端部电场分布极不均匀,运行中电晕现象屡见不鲜,端部绝缘腐蚀严重,最终导致主绝缘击穿。针对水轮发电机定子绕组端部防晕层维护和处理方式的盲目性,本文提出的基于端部防晕层运行状态分级和处理方式,对水轮发电机定子绕组端部防晕层的维修有借鉴意义。

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Due to the site conditions,the current detecting method about terminal corona cannot accurately obtain all corona discharge position,so the anti-corona layer processing method of large turbine generator is greatly blind;the authors of this article summarize terminal corona tests and anti-corona method,then put forward a suggest that the running status of terminal anti-corona layer should be divided into four levels,and give anti-corona processing method for each status.

terminal corona;insulation;generator

TV74

B

1006-7345(2014)01-0095-03

2013-10-18

周仿荣 (1982),男,工程师,云南电网公司电力研究院,主要从事高电压与绝缘技术研究工作 (e-mail)zhfr0508@sina.com。

Status Analysis and the Processing Method of Anti-corona Layer about the Large Turbine Generator's Terminal Stator Windings

ZHOU Fangrong,LIU Hongwen,XU Xiaowei,PENG Jing

(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)