水輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈層狀態(tài)分析

周仿榮,劉紅文,徐肖偉,彭晶

(云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217)

水輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈層狀態(tài)分析

周仿榮,劉紅文,徐肖偉,彭晶

(云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大量的水輪發(fā)電機(jī)端部電暈測(cè)試和防暈方法總結(jié),提出了將端部防暈層的運(yùn)行狀態(tài)分為四級(jí),并針對(duì)每種狀態(tài)給出了防暈處理方法。

端部電暈;絕緣;發(fā)電機(jī)

1 前言

發(fā)電機(jī)定子繞組出槽口處、通風(fēng)槽口、端部線棒之間電場(chǎng)強(qiáng)度非常不均勻,容易使空氣局部游離而發(fā)生電暈放電。定子繞組端部電暈放電與繞組絕緣狀況有著密切的聯(lián)系,由于發(fā)電機(jī)端部絕緣長(zhǎng)期受電、熱、機(jī)械應(yīng)力及其環(huán)境因素的影響,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)絕緣老化,防暈層防暈效果變差和起暈電壓降低,使得發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行情況下產(chǎn)生電暈放電。由于電暈放電將加速破壞防暈層和主絕緣,若任其繼續(xù)擴(kuò)大與發(fā)展,則會(huì)導(dǎo)致端部絕緣擊穿,對(duì)于大型發(fā)電機(jī)來說電暈放電是繞組防暈體系受到破壞的重要癥狀[1-3]。

目前針對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組電暈檢測(cè)的方法有兩種,一是通過暗室目測(cè)觀察發(fā)電機(jī)的電暈放電;二是通過日盲型紫外成像裝置進(jìn)行觀測(cè)[4-6];本文首先對(duì)容易產(chǎn)生電暈放電的發(fā)電機(jī)端部進(jìn)行電場(chǎng)強(qiáng)度理論分析,現(xiàn)場(chǎng)通過日盲型紫外成像裝置對(duì)大量發(fā)電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)得出起暈電壓、放電點(diǎn)數(shù)、放電強(qiáng)度,并且利用這些特征參量去評(píng)估端部防暈層的老化情況,最后總結(jié)了防暈層的處理方法。

2 定子繞組端部電場(chǎng)分析

發(fā)電機(jī)定子繞組端部經(jīng)過防暈處理后,泄漏電流大部分沿著表面防暈層進(jìn)入鐵芯,等效分布參數(shù)電路如圖1所示。出槽口部位最大場(chǎng)強(qiáng)為[7]：

圖1 理想的端部防暈等效分布參數(shù)電路

式中：ρs為防暈層的電阻率,經(jīng)過多年的發(fā)展,端部防暈層一般采用具有非線性電阻特性的碳化硅,其電阻率隨外施場(chǎng)強(qiáng)的增加而降低,具有調(diào)節(jié)場(chǎng)強(qiáng)的能力,表面電阻率為：

式中：ρ0為場(chǎng)強(qiáng)為0時(shí)碳化硅防暈層的表面電阻率;β為隨外施場(chǎng)強(qiáng)呈非線性變化的系數(shù)。

發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈材料的選擇是非常重要的,如果選擇不當(dāng)或防暈層受到污染和遭到破壞,則會(huì)引起局部場(chǎng)強(qiáng)過高,導(dǎo)致端部電暈放電和主絕緣老化[8-14]。圖2為發(fā)電機(jī)定子繞組端部遭到破壞或污染時(shí)的電場(chǎng)分布。

圖2 防暈層遭到破壞的電場(chǎng)分布

3 發(fā)電機(jī)定子繞組端防暈層狀態(tài)分析

發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈層的破壞和老化情況,目前尚無缺陷定級(jí),端部電暈放電的處理方式主要是針對(duì)某個(gè)放電點(diǎn)或放電比較集中的地方進(jìn)行防暈處理,再者是進(jìn)行整機(jī)端部防暈處理或更換線棒。由于發(fā)電機(jī)定子繞組的繞制方式和現(xiàn)場(chǎng)的條件,現(xiàn)有的測(cè)試方式無法精確的獲得全部電暈放電的部位,甚至只能獲得少量的上端部電暈放電點(diǎn),這樣的處理方式存在較大盲目性。為了降低端部防暈層維護(hù)和處理的這種盲目性,減緩端部主絕緣的老化速度,提高發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行水平。文中利用日盲型紫外成像技術(shù)對(duì)多臺(tái)次水輪發(fā)電機(jī)定子繞組上端部上層繞組防暈層進(jìn)行檢測(cè),通過歸納總結(jié)將其應(yīng)用于整個(gè)發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈層運(yùn)行狀態(tài)分級(jí),并將端部防暈層運(yùn)行狀態(tài)分為四級(jí)：良好、注意、一般、嚴(yán)重,如表1,提出了基于發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈層運(yùn)行狀態(tài)的維修和處理方法。

對(duì)某電廠型號(hào)為SF700-40/12700,額定容量為777.8 MVA,額定電壓為18 kV的發(fā)電機(jī)進(jìn)行電暈檢測(cè),通過對(duì)定子繞組上端部電暈檢測(cè)結(jié)果,評(píng)估整個(gè)端部防暈層運(yùn)行情況。定子繞組為40極八分支并聯(lián)結(jié)構(gòu)的雙層波繞組,發(fā)電機(jī)定子繞組槽數(shù)每臺(tái)有480槽,每槽內(nèi)布置兩根線棒,共有線棒960根,絕緣等級(jí)F級(jí),絕緣材料主要為環(huán)氧云母粉,冷卻方式為密閉自循環(huán)空氣冷卻。表2為被測(cè)水輪發(fā)電機(jī)端部防暈層狀態(tài)數(shù)據(jù);圖2為0.8 UN測(cè)試電壓下端部紫外電暈照片。

表1 水輪發(fā)電機(jī)端部防暈層運(yùn)行狀態(tài)分級(jí)

表2 水輪發(fā)電機(jī)端部防暈層狀態(tài)數(shù)據(jù)

由表1～2可以看出,該發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈層運(yùn)行狀態(tài)為 “注意”。

4 防暈層缺陷處理方法及檢測(cè)周期

通過大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和總結(jié)分析,總結(jié)出了不同絕緣狀況下的防暈層缺陷處理方法和檢測(cè)周期。

1)“良好”狀態(tài)的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈層不必進(jìn)行防暈處理,但需要檢查發(fā)電機(jī)端部是否存在較大毛刺和殘留物;電暈檢測(cè)周期為2～3年。

2)注意狀態(tài),對(duì)定子線棒端部進(jìn)行徹底清潔,防暈層表面不得有油污及灰塵;電暈檢測(cè)周期為1～2年。

3)一般狀態(tài)

*對(duì)定子線棒端部進(jìn)行徹底清潔;

*使用銼刀或砂紙打磨端部繞組、端箍表面存在毛刺和尖角的地方,清理放電痕跡,對(duì)相鄰區(qū)域做好防護(hù),并用吸塵器吸走打磨過程中產(chǎn)生的粉塵。

*采用高阻漆、環(huán)氧紅磁漆噴涂整個(gè)繞組端部,必須保證噴涂均勻且到位,減緩端部絕緣老化速度。

處理后不必再進(jìn)行電暈放電復(fù)測(cè),電暈檢測(cè)周期為1年。

4)嚴(yán)重狀態(tài)

*完成線棒端部徹底清潔,打磨端部繞組、端箍表面的毛刺和尖角,吸走打磨過程中的粉塵。

*檢查端部墊塊是否有損傷或端部繞組之間的距離是否滿足要求,如不滿足要求,應(yīng)按要求增加綁扎墊塊。

*浸漬滌綸氈、綁繩完全固化好后,清理綁扎處的毛刺、尖角,并清理表面灰塵。

*對(duì)整個(gè)繞組端部噴涂2～3遍高阻漆,干燥后噴涂一遍紅磁漆。

5 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)定子繞組端部電場(chǎng)分布極不均勻,運(yùn)行中電暈現(xiàn)象屢見不鮮,端部絕緣腐蝕嚴(yán)重,最終導(dǎo)致主絕緣擊穿。針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈層維護(hù)和處理方式的盲目性,本文提出的基于端部防暈層運(yùn)行狀態(tài)分級(jí)和處理方式,對(duì)水輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部防暈層的維修有借鑒意義。

[1] 郭智泉,王慧琴.電暈腐蝕對(duì)電機(jī)絕緣的危害及預(yù)防[J].山西電力,2007(3)：42-43.

[2] 王強(qiáng),彭光輝,王小波.電暈對(duì)絕緣性能危害的探討[J].機(jī)電元件,2005(2)：19-23.

[3] 余維坤.從端部電暈談發(fā)電機(jī)擊穿事故 [J].大電機(jī)技術(shù),2001(2)：28-32.

[4] 梁智明,漆臨生,皮如貴.三峽發(fā)電機(jī)定子線棒防暈結(jié)構(gòu)和工藝的優(yōu)化 [J].東方電氣評(píng)論,2005(9)：142-148. [5] 李振海,趙慧春,李景玉.三峽水輪發(fā)電機(jī)定子線棒防暈材料及防暈結(jié)構(gòu)的研究 [J].絕緣材料,2002(6)：8 -12.

[6] 李振海.高壓電機(jī)新型防暈材料和防暈結(jié)構(gòu)及應(yīng)用研究[J].絕緣材料,2004(6)：12-15.

[7] 王興光,謝平國(guó).發(fā)電機(jī)起暈及防暈處理 [J].電氣時(shí)代,2007(8)：90-91.

[8] Lu Wene,Jiang Xiuchen,Han Zhendong.Electric Field Analysis at the End of Large Generator Stator Windings[R]. IEEE Bologna PowerTech Conference,June23-26,Bologna, Italy,2003.

[9] 顏威利,楊慶新,等.電氣工程電磁場(chǎng)數(shù)值分析 [M].第一版,北京：機(jī)械出版社,2006.

[10] 姜?jiǎng)?劉念,肖玲,等.基于電磁場(chǎng)有限元方法的大型發(fā)電機(jī)定子槽絕緣故障診斷分析 [J].四川電力技術(shù), 2008.31(5)：53-55.

[11] 楊紹甫,蔡子亮.高壓電機(jī)定子繞組的防暈結(jié)構(gòu) [J].裝備制造技術(shù),2007(1)：19-21.

[12] B.F.Jakobsen.Corona tests at high altitude[R].Presented at a meeting of the San Francisco section of the American Institute of Electrical Engineers.San Francisco,Cal.January 25,1918：91-122.

[13] 趙李江.發(fā)電機(jī)起暈試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)防暈處理 [J].浙江電力.2007(6)：55-57.

[14] 寧叔帆,于開坤,郭磊,等.碳化硅非線性導(dǎo)電特性調(diào)控技術(shù)的研究 [J].絕緣材料,2005(6)：18-23.

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

周仿榮 (1982),男,工程師,云南電網(wǎng)公司電力研究院,主要從事高電壓與絕緣技術(shù)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)