近尾洲電站定子線棒改造

李聲寶，朱紅平，周 軍，姜曉峰

（1.東芝水電設備（杭州）有限公司，浙江 杭州310020；2.五凌電力近尾洲電廠，湖南 衡陽 421127；3.湖南五凌電力科技有限公司，湖南 長沙410004）

0 前言

近尾洲水電站為湘江干流中游梯級開發(fā)的第7級電站，位于湖南省衡陽市衡南、祁東、常寧2縣1市交界處，距衡陽市區(qū)約75km，屬于低水頭河床式日調節(jié)電站，電站裝機容量63.0MW，3臺21.0MW貫流式機組，于2002年3月3臺機組全部投產發(fā)電，機組為進口產品。

近尾洲電站發(fā)電機定子采用貼壁式結構，額定電壓10.5kV，絕緣等級F級，定子槽數(shù)480槽，繞組為整距繞組，采用波繞組形式布置，每極每相槽數(shù)為q=2，定子繞組斜槽一個齒距，絕緣厚度為2.2mm（包括低阻防暈層）。

經14年運行后，發(fā)現(xiàn)各臺定子線棒均有不同程度的電腐蝕，槽楔亦有脫落現(xiàn)象，定子繞組溫升較高，電站為確保機組安全運行，決定對定子線棒及其絕緣體系進行重新設計和制造，原發(fā)電機組為進口產品，對定子線棒電氣性能要求非常高。改造設計時因機組仍在運行，無法對改造所需的參數(shù)進行詳細測量調查，原設計圖紙也不全，對局部改造來說增加了不小的難度，故設計和制造時需要經過深入調查和研究分析。

1 發(fā)電機基本參數(shù)和設計要求

發(fā)電機基本參數(shù)如表1所示。

表1 發(fā)電機基本參數(shù)表

定子線棒改造的具體要求：

（1）尺寸：絕緣厚度2.2mm（包括低阻防暈層厚）。

（2）擊穿電壓：≥70kV，擊穿場強≥35kV/mm。

（3）局部放電：10.5kV 時，≤ 500PC。

（4）介 損：初 始 值 0.2UN時，tanδ≤ 1.0%；△tanδ （0.6UN-0.2UN）≤0.5%；熱態(tài)介損：0.6UN時，≤6%。

2 磁場及溫度場的有限元解析情況

為分析原機組溫升偏高，是否存在設計問題，以及改造前后機組情況的比較，對發(fā)電機定轉子部分進行了有限元解析，圖1～圖4是幾種改造后的典型解析結果。

圖1 局部剖分網(wǎng)格

圖2 額定運行時磁力線分布

圖3 標量磁感應強度分布圖

圖4 進相深度0.95時矢量磁感應強度分布圖

解析結果表明，磁場的分布沿氣隙分布均勻，磁密大小合理，滿足工程設計要求。

整體溫度場分布、局部溫度場分布及線棒局部溫度場分布如圖5所示。

原機組定子繞組下線方式采用定子線棒插入鐵心槽內后，向槽內灌注半導體硅膠，從而填充間隙的方式，采用該種下線方式時，若能有效填充滿線棒與鐵心之間的間隙則效果尚好，但如果注膠沒有充分填滿空隙，當線棒和鐵心之間存在空氣隙時，則會出現(xiàn)線棒導熱效果降低，溫升偏高，槽內線棒表面出現(xiàn)微小放電并產生電腐蝕。

圖5

發(fā)電機采用貼壁式結構，定子部分的熱傳導為：定子線棒→定子鐵心→定子機座→河水。由圖5可知，定子機座和定子鐵心外徑側溫度很低，被河水有效冷卻，定子線棒僅靠槽底側溫度較低，而氣隙側則溫度偏高，冷卻效果不是很理想，進而推斷定子線棒與定子鐵心之間的熱傳導不良。

分析可知若采用可減小定子線棒與定子鐵心之間間隙的下線方式，同時槽內填充材料采用高導熱材料，應能達到改造目的，因此近尾洲電站改造設計時，定子線棒槽內固定方式采用高導熱的半導體材料、螺旋包繞下線方式，以改善熱傳導、減小槽內鐵心與線棒之間的間隙，達到降低定子線棒溫升的目的。

通過對定子部分的溫度場解析，對比改造前和改造后可知，線棒溫升可降低5K以上，滿足了合同要求。

3 改造定子線棒電氣性能

隨機選取試驗線棒，對試驗線棒進行了各項電氣試驗，對定子線棒是否滿足性能要求進行驗證，表2～表4列出了幾項典型的電氣試驗結果。

定子線棒下線完成后，對發(fā)電機定子槽電位進行了測量，所有測量數(shù)據(jù)都小于1V，遠優(yōu)于國標要求的小于10V，說明螺旋包繞下線方式能明顯降低線棒與鐵心之間的間隙，從而可提高散熱效果，避免槽部電暈腐蝕。

表2 介損測量

表3 局部放電測量 單位：PC

表4 擊穿試驗

從上述幾項試驗結果來看，雖然電氣性能要求非常嚴格，通過選用性能優(yōu)越的單面補強材料以及高導熱半導體硅膠材料和絕緣體系的優(yōu)化，最終生產的線棒能滿足性能要求，并達到非常好的效果。

4 改造后運行情況

目前一臺機組已經完成定子線棒改造，運行了半年以上，運行情況良好，并經歷了汛期和夏季的考驗。橫向與另外幾臺沒有改造的機組進行對比，改造機組的定子線棒溫度明顯低于其他機組，在沒有滿負荷運行情況下，溫度比其他機組低5℃左右，推算帶滿負荷時，溫度約低7℃，與分析結果接近，達到了改造的目的。

5 結語與展望

隨著機組運行時間的增加，絕緣壽命將達到年限，或者隨著流域水力參數(shù)的變化，機組希望增容等都將使得發(fā)電機組有局部或整體改造的需求。機組在改造時需要充分調查分析，由于絕緣水平和制作能力提高以及新技術的發(fā)展，如果其他部件有足夠余量，僅僅更換定子繞組也能達到增容改造的目的。這樣既能達到改造的目的，又能節(jié)約大量資源和成本。

通常需改造機組已經運行有一定的年限，若僅僅更換定子繞組，需要檢查定子鐵心是否完好無損，是否存在短路點，是否存在翹曲、生銹、疊片松動等現(xiàn)象。通過對鐵心表面的檢查、清洗以及鐵損試驗合格后，方能確定定子鐵心可以保留使用。

近年來，采用槽內灌膠方式的某些進口發(fā)電機組出現(xiàn)了定子線棒溫升過高以及電腐蝕現(xiàn)象，甚至導致短路擊穿事故，通過本項目的改造，能夠非常有效降低溫升，避免電暈產生，提高了機組的安全可靠性，為類似發(fā)電機組改造提供借鑒意義。