近尾洲电厂定子线棒改造工艺研究

苏 晓

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙410004）

0 概述

近尾洲水电厂坐落于湖南省衡阳市衡南县近尾洲镇，安装3台由奥地利ELIN公司生产的灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量21.06 MW，额定转速75 r/min；额定电压10.5 kV，额定电流1 286.7 A，发电机设计是480槽双层绕组，3相星形接线，中性点不接地运行。

近尾洲水电厂于2000年12月首台机组并网发电，2002年2月3台机组全部投产。机组通过10多年的运行,设备健康状况慢慢下降,在2014年11月进行1号机组C级检修的过程中发现48号定子线棒中间部位1块槽楔板脱落,伴随有电腐蚀产生的白色粉末状物质，并且存在多根线棒（包括48号线棒）槽口存在电腐蚀现象，之后对48号上层线棒进行更换，发现槽内线棒电腐蚀非常严重，绝大部分半导防晕层并包括层间垫条已被电腐蚀成白色粉末，槽内和槽口铁心表面还有生锈迹象。同时检查近尾洲电厂2号、3号机组也发现多处槽口存在电腐蚀现象，由此可以推断其他机组定子槽内也可能存在电腐蚀现象。

1 电腐蚀产生原因

电腐蚀的产生是局部放电达到一定程度的结果，局部放电是发生在高压绝缘空隙中的小电火花，当电压应力超过了在这些空隙中存在的气体的电击穿强度时，局部放电就会发生。在发电机定子线棒槽口，线棒绝缘表面的电场分布是不均匀的，当发电机槽口电场强度达到临界场强时，附近气体的带电离子发生局部游离，出现蓝色的荧光，并伴有放电响声，我们称之为电晕，在放电的同时也伴随着臭氧的发生。电腐蚀的进一步发展可使绝缘破坏或者线棒击穿。

槽内电腐蚀主要由于半导防晕层没有起到良好的效果，线棒半导防晕层与铁心内槽没有良好接触，不能让电势差形成平缓过渡而形成明显电位差，产生容性放电，通过长时间的作用之后从而发生槽内电腐蚀现象。

1.1 原工艺存在缺陷

近尾洲电厂定子铁心槽设计宽度为16.7 mm，线棒设计宽度为16.1 mm，ELIN公司采用的下线工艺是用半导硅胶填充线棒与铁心之间的间隙，在下线过程中采取在线棒直线部分靠近槽底部位涂抹适量硅胶，通过下线过程中线棒与铁心之间的挤压，让多余半导硅胶填满线棒与铁心之间的间隙，然而此种工艺在实施过程中难以控制，工作人员添加的半导硅胶量不够，导致在下线过程中线棒半导防晕层与铁心之间没有被半导硅胶充分填满，存在空气间隙，这势必导致线棒半导防晕层表面与定子铁心表面存在电位差而可能产生局部放电现象，并伴随电腐蚀的产生，从而损坏线棒半导防晕层，更进一步损坏线棒主绝缘，通过拆除线棒可以很明显的发现这两点缺陷，线棒的绝大部分半导层已被腐蚀殆尽，主绝缘云母带直接裸露在外。

1.2 空气湿度的影响

近尾洲水电厂位于湖南衡阳，地处中南地区凹形面轴带部分，构成典型的盆地形势，属亚热带季风气候，入春后降水较集中，空气湿度偏大。且近尾洲投产运行之后在灯泡头增加了碳粉室外排除装置，这样势必会将厂房内潮湿空气沿着竖井带入灯泡头（特别在每年春夏之际空气非常潮湿,空气中水分在抗压盖板与灯泡头竖井处遇冷而结露）,从而增加灯泡头内空气整体湿度，空气中的水分也会经过挡风板之间的间隙进入风洞跟随冷却系统进行循环，增加风洞内空气湿度，从而影响线棒电腐蚀。

1.3 设计缺陷

近尾洲电厂发电机组冷却方式为密闭内循环风冷系统。3个风管装有6台轴流风机，风机将冷风送经转子支架上、下圆盘上的6个通风孔，然后流经下游侧定子线棒端部、磁极间通风孔进入定、转子间气隙，在上游侧定子线棒端部汇合后，通过6个空气冷却器回到轴流风机，形成一个密闭循环的通风系统。在运行过程中,风洞下游侧空气温度为36 ℃左右,上游侧空气温度为54 ℃左右,线棒最高温度可达90℃以上，从通风冷却角度看，定子温度沿轴向分布不均匀，上游侧线棒温度高于下游侧线棒温度；定子温度纵向分部也不均匀，因为空气温度越高密度越小的物理性质导致上端部线棒温度高于下部线棒温度。

2 改进工艺提高防晕效果

定子线棒主绝缘为F级，采用多层粉云母带组成，外包防晕带，与主绝缘一次模压整体成型。

（1）线棒与铁心间隙填充改为槽衬布包裹硅胶之后再包绕线棒下线，能更充分保证线棒与定子铁心壁之间良好接触，形成电位平缓过渡，并且硅胶偏软的物理性质可以缓冲机组振动给线棒的冲击力。

（2）待定子铁心槽内卫生清扫干净之后线棒下线之前，在定子铁心槽内喷涂半导漆（X8003），提高防晕效果。

（3）改善槽楔装配工艺，施工过程中使用楔下垫条代替ELIN公司使用的硅胶填充方式，此举虽然在槽楔装配工艺上有点繁琐，但是线棒散热和线棒压紧程度优于之前工艺方法，便于铁心与槽衬布良好接触，达到良好防电晕效果。

（4）改善端头盒浇筑工艺，使用环氧树脂胶浇筑绝缘盒，绝缘效果更佳良好。

3 主要技术特点分析

近尾洲电厂本次定子改造线棒由东芝水电设备（杭州）有限公司设计生产，在工程中相对之前有工艺改进，所以在施工过程中存在诸多技术要点控制。

3.1 原定子线棒拆除

施工过程中要求注意铁心保护，避免损坏铁心导致铁心变形，或者导致硅钢片之间短路，若有发现应及时修复，通过铁损实验进行判断。

3.2 铁心槽内半导硅胶清理、生锈部位处理

通过测量得出近尾洲电厂定子铁心槽宽度为16.8 mm左右，线棒设计宽度为16.1 mm，为了能够保证下线工艺满足要求，必须将之前残留粘附在定子铁心内的半导硅胶清除干净，保证定子线棒下线过程中槽衬布能够与定子铁心良好接触，达到防电晕的效果。同时也保证下线过程中不给线棒增添外来阻力。禁止使用铁器等金属物件施工，防止损坏硅钢片及片间绝缘，每道铁心槽内硅胶清扫干净后要用通槽棒逐一验收。在铁心内生锈部位处理打磨过程中要顺延硅钢片方向进行处理，同时要将处理后的铁锈和粉末杂质清除干净。

3.3 槽衬布包绕工艺要求

近尾洲电厂定子铁心已运行10多年，通过铁心槽测量数据得出铁心槽宽有轻微变形，并且线棒生产为模压成型，线棒各部位尺寸肯定存在偏差，为了填充线棒与铁心之间间隙的同时又保证线棒半导防晕层与定子铁心接触良好，东芝公司采用半导槽衬布折叠裹硅胶后再缠绕于线棒直线部分，利用硅胶的柔性将槽衬布支撑于线棒与铁心接触。将槽衬布对折进行包绕，下线后槽衬布开口朝上，包绕间隙为3～5 mm，包绕起始及结束位置用剪刀将槽衬布剪出斜口搭界，保证整齐。硅胶涂覆及包绕过程应在恒温干燥环境中进行，并且不能让硅胶附于槽衬布表层。槽衬布包绕的起始及结束位置需超出铁心15 mm。

3.4 定子线下工艺要求

线棒压入槽内时，不能用手压线棒弯部，只能压线棒的直线部分，避免线棒偏向受力而损坏线棒，且压入线棒时需上下2人同时使用恒压力（禁止使用寸劲），保证受力均匀，同时，在线棒下线时禁止使用工具敲击线棒中部。线棒下线完成后压紧工具不能太松，避免线棒没有贴到槽低，导致线棒安装不牢固同时导致槽衬布与铁心接触不好；也不能太紧，避免让线棒承受太大压力而损伤线棒绝缘，或使线棒受力不均匀而变形。

3.5 槽楔装配工艺要求

近尾洲电厂定子共480槽，每槽装配7片槽楔，共3 360片槽楔。在装配槽楔之前要将燕尾槽内硅胶清除干净。根据槽楔与线棒之间的空隙选择合适的楔下垫条（楔下垫条厚度有型号为：0.2 mm、0.5 mm、1 mm、2 mm,），并在槽楔打入的过程中及时根据槽楔的松紧度调整楔下垫条的厚度，槽楔打入后用打音的方法检查槽楔的空鼓情况（单根槽楔空鼓部分不能超过1/3，两端槽楔不能空鼓）。

对于两端的槽楔，在打入之后应按照厂家要求，在槽楔外边面与燕尾槽接触位置涂抹环氧树脂胶固定（按照A/B组分5:1配比调制）。

3.6 并头铜排焊接

所有线棒之间的端部连接（包括汇流铜排）均采用银铜硬焊连接方式，各焊接接头焊料充实。线棒端头主绝缘在焊接过程中因高温而碳化变黑的部分要清理干净；焊接表面处理光滑：无棱角、锈蚀、气孔及空洞现象出现，单个焊接接头的直流电阻测量值测量合格。

3.7 端头盒浇筑

端头盒环氧树脂胶浇筑前应进行固化试验，根据试验结论确定搅拌时间和作业时间。环氧树脂浇筑绝缘盒相比于之前绝缘等级更好。

4 试验结论

定子线棒改造后的质量通过实验进行考究。

4.1 线棒抽检试验

对线棒总数含备品共计1 056根进行抽检，其中绝缘电阻、起晕、耐压按5%（取整按53根）抽试率抽检；介损按3%（取整按32根）抽试率抽检。

（1）绝缘电阻：用2 500 V兆欧表，单根线棒绝缘电阻值最低为21.7 GΩ，合格。

（2）起晕试验：单根线棒在1.5 Un即15.75 kV暗室目视观察不起晕，合格。

（3）介损：抽检常态介质损耗角正切tgδ%最大1.47（要求tgδ0.2 Un≤2%）；抽检常态介质损耗角正切增量△tgδ%最大为0.945（要求tgδ0.6 UN-tgδ0.2 UN≤1%）。

（4）耐压：单根线棒工频耐压2.75 UN+2.5 kV即31.4 kV，1 min绝缘未击穿,高阻未出现闪烙、烧损现象，合格。

4.2 线棒交流耐压

下层线棒嵌装后加电压至（2.5 Un+ 2 kV）即28.25 kV 1 min通过；上层线棒嵌装后加电压至（2.5 Un+1 kV）即27.25 kV 1 min通过。

4.3 槽电位抽检试验

下线完成后对上下层线棒进行槽电位抽检测量，槽电位均低于0.35 V，非常符合规程要求（≤10 V）。

4.4 定子线棒改造完成之后整体试验

试验条件：环温：12 ℃ 线棒温度：41 ℃ 湿度：45%

（1）绝缘电阻测量（表1，单位：MΩ）

表1

（2）直组测试（表2，单位:mΩ）

表2

（3）直流耐压及泄漏电流数据（表3，单位：μA）

表3

（4）交流耐压数据（表 4）

表4

通过数据观察，新定子线棒各项指标合格，效果非常好，可以投入运行。

5 总结

近尾洲电厂1号机组定子线棒改造后在开机过程中升压、升流等各项试验数据合格，运行过程中其实际的出力、振动各项运行指标满足要求，运行中定子线棒温度、定子铁心温度相比改造前平均降低7 ℃左右，现在整体运行状况良好，彻底解决了定子线棒槽口电腐蚀、槽内电腐蚀情况。保证了机组的安全健康稳定运行。后续近尾洲电厂将继续进行剩余2号、3号机组的定子线棒改造。其他同类型电厂也可借鉴此工艺技术。