水轮发电机定子绕组绝缘降低的分析及绝缘恢复方法探讨

李燊

摘 要：引起水轮发电机定子绕组绝缘降低的因素一般有三个方面：（1）绝缘加工工艺问题；（2）绝缘老化或意外损伤；（3）受潮原因所致。定子绕组有良好的绝缘是确保发电机安全运行的关键之一，若在绝缘不良的状况下运行是极危险的，在高电压冲击下，会导致绕组薄弱环节瞬间击穿，造成绕组相间、匝间、对地等，严重时三者同时存在。故发电机定子绕组绝缘达不到要求后，必须对绝缘降低的原因进行分析和采取相应处理措施来恢复绝缘值。文章通过实例，阐述同类别发电机绕组绝缘降低的成因分析和处理措施。

关键词：水轮发电机；绝缘恢复；发电机定子

西江坪水电站总装机为2×3200KW，主接线采用扩大单元接线，发电机出口端电压6.3kV，于1997年底投入运行。由于该站地处桂北山区，受亚热带气候影响，春、夏两季阴雨天气多，电站周围环境空气湿度大，发电时间受季节性影响开停机频繁，这对发电机绕组绝缘影响是很大的。

2002年3月份的停机维护后，开机前用2500V兆欧表测量发电机定子绕组绝缘时出现，15秒时绝缘电阻值仅有300MΩ，60秒时仅有500MΩ，虽然吸收比为1.67符合《电力设备设备预防性试验规程》规定的要求（吸收比K≥1.3），但绝缘电阻值已降至很低，不能满足开机建压的要求，必须设法使绝缘电阻值恢复要求。经尝试采用在发电机进出风口和机坑内各放置一台2500W的电炉，将进出风口端盖关上，利用发电机空转产生的风将潮气带走，使绝缘电阻值恢复，这一方法达不到预期效果。于是，根据发电机电气接线和机组情况进行分析，采用发电机定子绕组短路干燥方法进行试验。

具体操作步骤为：

（1）将发电机首尾端分别短接（首端短接点在发电机母线与主变低压侧电缆连接处），并将主变低压侧电缆甩开；（2）将发电机端电压互感器和励磁变甩开；（3）切除主变差动保护，将用于主变差动保护的电流互感器5LH副边短接；（4）让发电机在额定转速下空转；（5）用直流焊机作它励电源给转子加入励磁电流，控制发电机定子电流逐步升高，使定子温升保持每小时5～8度范围，最高温度不能超过80度；（6）干燥一定时间后，逐步降低定子电流，使定子绕组温度以每小时5～8度下降至常温并停机；（7）测量定子绕组绝缘值，满足开机建压最低要求后（15秒1000MΩ、60秒1300MΩ，K≥1.3），恢复正常接线，短路干燥结束。

这种方法有一点是需特别注意的，考虑到有利于干燥接线，我们将首端的短接点选在5LH前端，5LH与8LH是用作主变差动保护的，根据变压器纵差动保护的接线原理可知，若5LH副边不短接，进行短路干燥时，5LH原边会有电流流过，其副边必将有感应，并通过8LH副边构成电流通路，8LH副边流过电流后，势必在其原边產生感应，并通过与其连接的主变低压侧构成通路，这样主变就成了8LH的负载，这显然会造成8LH过热而损坏，为机组安全运行埋下事故隐患。

采用短路干燥的方法恢复发电机定子绕组绝缘，虽然效果明显，但其技术要求较高，操作较为繁琐，而机组停机一段时间后，其绝缘电阻值又降至很低，频繁采用短路干燥方法，不仅耗费人力，还会增加发电机组机械部分的磨损、加快定子绕组绝缘的老化，缩短发电机的使用寿命。为进一步摸清造成定子绕组绝缘降低的原因，打开发电机两侧端盖进行检查，发现发电机内部有很多粉尘，但未见绝缘老化及其他异常情况。由此分析，电站周围存在冶炼企业，冶炼产生的大量粉尘飘浮在空中，机组运行时，大量粉尘经发电机风口吸入发电机内部，并附着在定子、转子绕组表面，这些粉尘都是含有一定金属元素的。停机后，附着在绕组表面的粉尘，不断吸收周围空气中的水分，组成弱电解质并离解生成离子，加快了水分对绕组绝缘的侵入和促使绝缘提高热老化的速度，使其绝缘电阻值迅速下降。在摸清成因后，采取如下措施进行处理。

首先将发电机转子吊出，用专用工具和无水气泵吹扫去转子、定子绕组上附着的粉尘并拭擦干净，接着用酚醛绝缘漆浸渍、烘干，以提高绕组绝缘性和防潮性。而后装设自动防潮装置，该装置主要由加热部分、控制部分组成。根据发电机体积及散热情况，共设计加热容量9KW，由8块红外线元件分四路组成，每组0.75KW，分别固定在发电机两侧通风口盖板内和发电机坑适当的位置。停机后发电机出口负荷开关辅触点闭合，同时加热自动投入，转子盘车转动下，热量向四周扩散均匀受热，由热电阻探头测到模拟量，传输给温控仪进行比较、调节，达到了恒温的目的。在此考虑到绝缘等级及绝缘材料的极限工作温度，一般设定在50℃～60℃为佳。设定太高则促使绝缘材料老化，太低则达不到干燥防潮目的。控制箱设定在主控室，通过遥控、遥测，值班人员可以了解发电机定子温度，得知加热电流，判断越警一系列情况。在加热中转子还要保持一定的盘车速度，每分钟100转左右，以防转子受热不均对机组产生振动，也有利于发电机内部温差的自动调节。

该装置投运以来，定子绕组绝缘值都处在1500MΩ以上，吸收比也高出了标准。此种方法既不会太大增加值班人员的工作量，对机组的磨损也不大，较短路干燥方法相比，操作程序简单了很多，技术要求也降低了，而效果也比较好。