水輪發電機組定子線圈絕緣盒局部開裂的原因分析及解決方案

楊生輝

（中國華電額勒賽下游水電項目（柬埔寨）有限公司，柬埔寨金邊12000）

0 引言

某水電站位于柬埔寨王國西部戈公省，電站以發電為主，分上下兩級開發，即上電站和下電站。上電站裝設兩臺立軸混流式水輪發電機組（裝機容量2×103 MW），下電站裝設兩臺立軸混流式水輪發電機組（裝機容量2×66 MW）。該電站為BOT（建設、運營、轉讓）項目，特許運營期為30年，由中國公司建設和運營，采用國際標準或等效的中國標準。

上電站#2發電機型號SF103-24/6700，額定容量117.71MVA/103 MW，額定電壓13.8 kV，額定電流4 924.8 A，極數24極，絕緣耐熱等級F/F級，接線方式2Y，定子機座分2瓣組合，總270槽，系上、下層線棒嵌入結構，定子鐵芯疊裝、定子鐵芯壓裝、線圈組裝、匯流母線裝配等流程均嚴格按主機廠家提供的現場安裝作業指導書工藝和步驟在現場實施完成，經干燥后耐壓測試數據正常，整機于2013年10月25日投產發電。自機組投產以來，公司嚴格按國內水電機組檢修管理辦法，實行“預防為主、計劃檢修”的方針，堅持“應修必修，修必修好”原則，逐年開展機組C修工作，根據公司2017年度涉網設備檢修技改計劃表，并結合海外項目的特殊性，定于2017年2月24日—4月26日對該機組開展擴大性A修工作。

1 存在問題

在#2機組擴大性A修期間，檢修單位電氣檢修人員按DL/T 596—1996《電力設備預防性試驗規程》相關條款規定對其定子線圈開展預防性試驗，具體包括定子線圈絕緣電阻、吸收比或極化指數、直流電阻、泄漏電流及直流耐壓、交流耐壓、槽電位、表面電位等項目，試驗結果與投產試驗報告比對，試驗數據未發現明顯變化；而在實施#2機組定子線圈端部檢查時發現#200、#240絕緣盒端部有局部開裂現象（圖1），經現場確認絕緣盒外觀無變色、無鼓脹，表面紅瓷絕緣漆色與其他絕緣盒顏色無差異，線圈根部無變色、無過熱、無環氧膠流淌，環氧膩子無松動、脫落、開裂等異常現象，打磨絕緣盒漆面后未發現有過熱痕跡，檢修單位電氣檢修人員初步判斷定子線圈絕緣盒局部開裂應與線棒接頭焊接質量無關，可能是施工安裝原因引起的。

2 原因分析

圖1 #200、#240絕緣盒端部局部開裂

針對#2機組定子線圈絕緣盒局部開裂問題，公司高度重視，立即從國內專門聘請主機廠家及外請發電機專家至項目現場，并于2017年3月23日對開裂的絕緣盒外殼及填充的環氧樹脂用刀片刮開進行詳細檢查，未發現變色、鼓包等過熱現象；進一步對絕緣盒尺寸、線棒位置、間隙進行檢測，發現絕緣盒尺寸偏小，裂紋處線棒和絕緣盒無間隙（主機廠規定絕緣盒口內腔到線棒的距離不應小于3 mm，以保證環氧樹脂的灌注），現場安裝絕緣盒時需局部變形才能裝入。因此判斷絕緣盒局部開裂原因為：絕緣盒尺寸偏小，套入時采用橡皮錘敲擊強行套入，當時有可能絕緣盒已有輕微的裂紋，但檢查時并未發現；也有可能沒有裂紋，但絕緣盒已發生變形，后期在運行過程中由于溫度變化和機組振動等原因導致開裂。

經現場試驗數據及資料的收集確認，公司就定子線圈絕緣盒局部開裂問題專門組織檢修單位、運營單位、主機廠家、外請發電機專家等相關技術人員一起進行分析討論，得出如下結論：（1）絕緣盒局部開裂并非是由線棒接頭質量差、接頭電阻大發熱引起的。（2）比對投產時的試驗數據無明顯差異，絕緣盒雖然局部開裂，但目前還能保證機組安全運行。（3）考慮到該機組進行下一次大修需經過4～6年時間，為保險起見，要求檢修單位充分利用此次機組大修機會對開裂絕緣盒進行處理，有兩種方案可選：一是更換絕緣盒，重新澆注環氧樹脂；二是修復開裂絕緣盒，增強絕緣性能。第一種方案由于材料到貨工期受限，直接影響機組檢修工期，且更換#240絕緣盒需拆除上部跨槽線棒，勢必加大現場工作量，權衡后最終確認選擇修復絕緣盒的方案進行處理。

3 解決方案

檢修單位電氣檢修人員按修復絕緣盒的方案，首先用砂布打磨定子線棒上端部絕緣盒裂紋表面絕緣漆（即手包絕緣區域至裂紋上部3 cm處），打磨后用酒精白布清理干凈，隨后使用841室溫環氧固化劑刷蓋裂紋部位，裁剪適量長度的云母帶粘補絕緣盒裂紋部位，自下而上半疊包10層，絕緣盒粘補區域整體半疊包纏繞云母帶5層（圖2）；包扎滌綸玻璃絲帶2層；包扎中必須每層涂刷環氧膠浸潤；外層用聚氯乙烯膜包扎、收縮帶纏繞固定。

上述工序完成后用100～200 W加熱板對處理部位進行均勻加熱烘干（要求溫度控制在120～150℃），烘干至完全干燥固化狀態，拆除收縮帶及聚氯乙烯膜，最后噴上聚脂紅瓷188漆（圖3）。經上述方法處理后再次對#2機定子線圈進行絕緣電阻、吸收比或極化指數、泄漏電流及直流耐壓等試驗，試驗數據與處理前數據比對，未發現異常。為進一步驗證修復絕緣盒效果，同時確認絕緣盒開裂與接頭發熱無關聯，在機組修后滿負荷試驗期間用紅外線測溫槍測試這兩個絕緣盒的表面溫度，并與附近其他絕緣盒進行比對，溫度基本一致。

圖2 粘補及疊包絕緣盒裂紋部位

圖3 開裂絕緣盒處理噴漆后

4 結語

該電站#2機組定子線圈絕緣盒局部開裂通過上述方法處理，消除了其在發電機長周期運行中存在的安全隱患，對同類型水輪發電機組采用修復絕緣盒方法，從而增強絕緣盒絕緣性能或恢復絕緣功能有一定的借鑒意義。為防止其他三臺機定子線圈絕緣盒出現類似情況，公司要求運營單位舉一反三，立即對其他三臺機定子線圈絕緣盒進行排查工作，消除安全隱患，保障機組雨季大發電期安全穩定運行。該電站地處東南亞，屬于熱帶雨林氣候，高溫和高濕環境對發電機定子線圈現場存放、安裝質量及施工工藝影響都很大，同時建設方對安裝單位及主機廠現場安裝指導實施全過程監管工作提出了更高的要求。