大型水轮发电机定子线棒电晕处理和分析

毛业栋

(中国长江电力检修厂，湖北 宜昌 443000)

三峡电站某700 MW发电机定子线棒端部防晕结构为多级防晕结构，线棒端部防晕层从线棒低阻直线段至线棒端部依次为低电阻防晕层、第一级高电阻防晕层、第二级高电阻防晕层和第三级高电阻防晕层，其中低电阻防晕层与第一级高电阻防晕层之间的搭接长度为20 mm，防晕层外侧覆盖防晕保护层和覆盖漆。这种线棒端部的多级防晕结构能够实现线棒端部的表面电位较为平稳的过渡，能够有效抑制线棒端部电晕的产生。在该台机组10余年实际运行中，机组状态良好。但在近几年的检修维护过程中，定子线棒端部逐渐出现电晕现象且呈现逐年增多的趋势。

1 电晕情况

2016年1月该台机组进行常规小修时，维护人员第一次在机组定子线棒端部发现明显白色粉末，经过判断确认该粉末为电晕放电痕迹(如图1所示)。

图1 定子线棒端部典型电晕痕迹图

电晕放电痕迹存在的位置有两种：第一种出现在线棒低电阻防晕层与第一级高电阻防晕层的搭接区附近；第二种出现在线棒的低电阻防晕层区域内。电晕痕迹的外观呈白色粉末状，外形主要为斑点状、线条状或块状。经过现场检查，确认该机组的电晕放电没有伤及线棒防晕层及主绝缘，短期内不会影响线棒的绝缘性能和机组安全稳定运行。经适当处理后，检修维护人员决定一边观察该台机组的电晕处理效果，一边跟踪电晕的长期发展趋势，经过将近3年的跟踪观察，该台机组的电晕数量增长如表1所示。

表1 电晕数量增长统计表

2 电晕分布统计与原因分析

维护人员对电晕出现的位置及发生电晕线棒的安装位置进行了详细的统计，对线棒的运行电位进行了计算并与电晕产生位置进行了对比分析。

1)按产生电晕的线棒在定子中所处的位置划分，电晕出现在上下层线棒及线棒的上下端的统计数据如表2所示。根据表2数据，该机组的电晕在上下层线棒的数量大致相当，但定子线棒上端的电晕数量大大超过下端。

表2 线棒位置与电晕数量统计表

2)按电晕在线棒端部位置划分，电晕出现在线棒低电阻防晕层与第一级高电阻防晕层的搭接区(以下简称高低阻搭接区)和低电阻防晕层的统计数据如表3所示。表3数据反映出该机组的电晕更多发生在线棒端部防晕层的高低阻搭接区。

表3 电晕产生部位与数量统计表

3)对比电晕线棒与该线棒的运行电位关系(表4)，其中线棒运行电位最低视为0 V，最高为11.55 kV(发电机出口线电压20 kV)。根据表4的数据，本台机组的电晕更多地发生在运行电位较高的线棒端部，其中77%的电晕出现在运行电位大于9kV的线棒端部。

表4 线棒电位与电晕数量统计表

4)电晕产生原因分析。该发电机组运行过程中，油雾较大，粉尘与油雾混合后形成油污。由于该机组线棒端部防晕结构中，线棒第一级高电阻防晕层首端(即高低阻搭接区)的电位梯度最大，电场强度最集中。因此在高电位运行的线棒的高低阻搭接区更易吸附黑色的油污并逐渐堆积形成电阻值较低的污染层(含碳粉)。该污染层在运行时由于电导损耗发热，污染层中的油污在局部强电场和高温的双重作用下逐渐被分解，并碳化。碳化导致该部位的电场强度进一步增加，进而引起线棒表面局部区域形成稳定的电晕放电，经过长期的累积在线棒表面形成电晕放电痕迹即白色粉末。

由于本台发电机在长期运行中，上端油雾比下端更为严重，因此定子上端发生电晕的数量较下端更多。

3 电晕处理措施及效果

本台机组采用的电晕处理方法及步骤如下：①彻底清理发电机定子端部的脏污及电晕痕迹；②局部打磨线棒端部低阻防晕层表面的红瓷漆，要求低阻防晕层暴露不少于1 cm2；③局部打磨该线棒附近的铁心表面油漆，铁心表面裸露的金属表面不得少于1 cm2；④做好防护措施，在定子线棒端部低阻防晕区域(线棒高出铁心0～80 mm)内1/2半叠绕涂刷有室温固化低电阻防晕漆的玻璃丝带，然后在打磨的铁心与线棒低阻防晕区之间涂刷室温固化低电阻防晕漆，晾干24 h；⑤再次做好防护措施，在线棒端部高低阻搭接区(线棒端部距槽口60 mm以上)至斜边垫块的第一级高阻防晕区域内1/2半叠绕涂刷有室温固化高阻防晕漆的玻璃丝带，室温固化高阻防晕漆在高低阻防晕搭接区(线棒高出铁心约60～80 mm)应与低阻漆形成良好的搭接过渡，晾干24 h；⑥在高阻防晕层外涂刷室温固化环氧胶DECJ0708，固化24 h；⑦线棒表面涂刷红瓷漆；⑧在1.1Un试验电压下检验处理效果。

处理后的定子线棒端在1.1Un试验电压下无明显电晕放电点，同时使用紫外成像仪作为辅助观测手段观测电晕处理部位的光子数通常不大于500，通过试验证明本次电晕处理效果良好。

在开展大面积的电晕处理前，发电厂维护人员使用本电晕处理方法于2016年4月在该台机组上进行了第一次电晕处理试验，于2017年4月进行了第一次检查，2017年12月进行了第二次电晕处理试验并进行了第二次检查，2018年10月进行了第三次检查。试验结果见表5所示。

表5 电晕处理试验结果表

试验结果显示，第91槽和第201槽定子线棒端部电晕在处理后的近3年时间内没有再次发生；其余三个电晕处理点在近1年的运行后也没有再次出现。基本可以肯定采用本处理方法进行电晕处理取得的效果良好。鉴于此，发电厂决定在2018年10月对该机组的其余全部电晕点进行电晕专项处理。

4 结 语

通过本次电晕处理，对该台发电机电晕的发展过程有了较为全面的了解，判定了当前的电晕发展情况暂不会影响发电机的安全稳定运行，对于后续进行该台发电机电晕发展过程的跟踪和电晕处理试验提供了前提和安全保障。通过对本台发电机电晕产生的原因进行分析，证实了发电机端部脏污对电晕的产生有较为明显的影响，提醒了维护人员应适当增加发电机定子线棒端部的清洁频率。同时，本次电晕的处理方法对发电机的电晕预防及处理提供了较好的借鉴。