拉西瓦水轮发电机绝缘结构特点

卢 春 莲

（哈尔滨大电机研究所，哈尔滨 150040）

拉西瓦水轮发电机绝缘结构特点

卢 春 莲

（哈尔滨大电机研究所，哈尔滨 150040）

拉西瓦水轮发电机是黄河流域上高海拔单机容量最大的水轮发电机。本文对其电机绝缘系统进行研究和分析，为今后国内巨型水轮发电机的绝缘系统优化提供技术参考。

拉西瓦水电站；绝缘结构；定子绕组；磁极绕组。

前言

拉西瓦水轮发电机额定输出功率700MW，额定电压等级18kV，是黄河流域上单机容量和电站装机总容量最大的水电站，也是目前国内单机容量最大的水电机组。拉西瓦水轮发电机的绝缘结构与三峡、龙滩等电站的结构相似，但经过技术引进、消化吸收和再创新，即三峡左岸机组从ALSTOM公司引进技术、到龙滩机组的联合制造和安装，再到拉西瓦电站的完全独立承包和制造，机组的绝缘结构设计不断优化，而且积累了三峡和龙滩多台机组的实际安装运行经验，后期的技术文件作了相应的改进，应该说拉西瓦的绝缘结构是更加完善的。另外，值得一提的是：拉西瓦电站位于黄河上游地区，发电机层海拔约 2240m，它的绕组防晕要求要高于三峡和龙滩等机组，哈电公司在设计如此大容量电机定子线棒时也进行了相应的考虑。至目前，拉西瓦机组全部安装完毕，基本投入发电运行，针对这样位于高海拔地区的大容量的水电机组，是值得我们对技术进行总结的，以便对以后设计大容量机组的绝缘结构提供依据。

本文通过定子铁心、定子绕组和转子绕组三个部分中相关的绝缘问题展开扼要的分析与说明。

1 铁心硅钢片漆部分

定子铁心由0.5mm厚的优质冷轧薄硅钢片叠成，为减小涡流损耗，片间涂有F级绝缘漆。三峡左岸机组采用了进口的Voltatex E1151A水溶性半无机漆，拉西瓦机组哈电已经应用了完全国产化的 133C环氧聚酯酚醛半无机硅钢片漆。这种漆从性能上看优于普通水电机组上使用的9166、9163有机漆，经试验室试验和工地安装证明，耐潮湿、抗锈蚀性能更好，完全能满足大型水电机组的要求。133C环氧聚酯酚醛半无机硅钢片漆和进口漆的性能基本一致，主要技术指标对比见表1。

表1 进口和国产硅钢片漆性能比较

2 定子绕组部分

拉西瓦水轮发电机绕组采用波绕方式连接，全空冷方式冷却。此冷却方式冷却效率比水冷稍差，但克服了水冷机组的设计和辅助设备复杂，特别是水路部分出现生锈和渗漏现象，不易维护和修理；水内冷定子线棒加工难度大，定子线棒制造中易出现股间短路和空心线变形等缺点。从应用角度来说，空冷方式机组安装简便，维修工作量小，可靠性高，事故率较低，起停机方便，二次运行费用低，年利用小时数较高等优点，更加受到用户的青睐。图1和图2是三峡左岸和拉西瓦的定子绕组槽部结构简图。

图1 三峡左岸定子绕组槽部结构

2.1 槽部结构

2.1.1 电磁线绝缘

三峡左岸绕组的铜导线中有不锈钢空心导线，电磁线采用漆包单涤玻烧结铜扁线。拉西瓦绕组则全部由绝缘厚度为 0.21mm的双涤玻烧结电磁线构成，电磁线绝缘厚度同三峡左岸相同，全部实现了国产化，性能十分优异，已经广泛被采用在各种大型发电机上。

2.1.2 罗贝尔换位线圈结构

为减小股线在槽部的环流损耗和漏磁损耗，线圈在整个槽部采用 Robel法进行换位，三峡左岸机组含有空心导线，采用 360°全换位方式。拉西瓦机组则采用了适合空冷方式的不满 360°非全换位方式。此外，拉西瓦线棒的换位绝缘、排间绝缘、填充绝缘等材料都采用国产化材料。

2.1.3 改善场强措施

线圈角部场强集中是发生绝缘击穿的主要原因。据统计，95%以上的击穿事件发生在角部。为了改善电场分布，定子线圈中采用了一种新结构，就是增加了内屏蔽层，这种结构将换位导体绝缘所承受的场强限制到很低的水平，相对提高了绝缘的介电强度，延长了主绝缘的寿命。三峡左岸水轮发电机定子线圈的内屏蔽层采用的是进口半导体材料，而拉西瓦定子线圈则采用了国产半导体材料，不但降低了成本，还简化了制造工艺。

图2 拉西瓦定子绕组槽部结构

2.1.4 主绝缘

主绝缘采用的是多胶环氧玻璃粉云母带，经过机械连续包绕，应用模压固化工艺制造而成。这种F级桐马环氧粉云母主绝缘从 80年代初研制并投入使用,具有20多年的运行经验，具有稳定优良的机械、电气和热性能。近年来随着电机容量增加，绝缘厚度的减薄，对主绝缘性能要求也越来越高，因此，哈电与配套材料厂家一起在主绝缘、防晕材料，模压工艺等方面不断进行改进，各项材料性能指标和定子线圈试验结果达到令人满意的结果，哈电的多胶模压、一次成型主绝缘防晕体系广泛应用二滩、三峡和龙滩等高压大型水轮发电机组上。

2.1.5 槽内固定结构

拉西瓦槽内固定采用“Round Packing”安装工艺，即半导体无纺布夹半导体硅橡胶绕包线棒表面后推入槽内固定。这种方法的优点是：弹性接触，安装时降低线棒受损的概率；增加线棒与铁心的接触点，可以有效地降低槽电位；固定牢靠。这种槽内固定方式具有传统固定方式无法比拟的优点，目前在水轮发电机上已经开始广泛应用。另外，发电机定子绕组槽内固定采用了波纹板、半导体高强度层压板，以增加槽内线棒固定的径向预应力及轴向固定力，可彻底消除定子绕组在长期运行后出现松动下沉现象，提高电机长期安全运行的可靠性。

表2 定子单根线圈电气绝缘性能

2.2 端部结构

2.2.1 端部防晕结构

拉西瓦、三峡和龙滩等大型机组线圈端部采用多级防晕处理，这种结构对改善线圈端部表面场强分布具有明显的效果。它们不同于普通机组的一个特点就是整个端部（包括连接线、铜环引出线等）都进行了防晕处理，这也为国内今后开发巨型水轮发电机提供了参考方案。

三峡机组海拔不超过1000m，额定电压20kV；而拉西瓦机组海拔 2240m，额定电压 18kV，参照标准JB8439-1996《高压电机使用于高海拔地区的防电晕技术要求》进行修正，拉西瓦的防晕设计要求达到了22.73kV。从这一点上来说，拉西瓦的绝缘设计，特别是防晕设计，要比三峡机组苛刻。哈电公司在三峡左岸的基础上，对拉西瓦绕组端部防晕设计作了进一步改进和完善，使之能够达到相应的技术要求。实际的制造效果表明这种设计方案是十分成功的，这也是哈电目前设计和制造的单机容量和等效电压级别最高的正式产品（700MW/22.73kV）。

2.2.2 端部固定结构

绕组端部绝缘固定系统包括各种垫块、浸渍涤纶毡、玻璃丝纤维绑扎带、软端箍、绝缘盒、引线固定支架等部件。软端箍是由玻璃丝绳和树脂组成，端箍与绕组的间隙（包括绕组之间的部分间隙）可通过玻璃丝绳内的树脂膨胀来填充，绕组端部可自由伸缩并达到线圈与端箍的最佳配合状态。

绝缘盒采取的是封闭灌注胶方式，这种结构固定牢靠，绝缘效果好。因为三峡左岸机组定子是水内冷方式，三峡左岸机组采用的是空心套筒式绝缘盒结构，此结构易于维护，一旦线圈水盒部位出现漏水，拆卸简单；但运行时由于感应磁场的存在易吸附灰尘，因而对环境要求较为苛刻。

3 转子部分

3.1 磁极绝缘

拉西瓦的转子磁极结构是在原来三峡机组的基础上形成的，如图3所示。当时三峡磁极最初的设计和制造效果应该说不是十分理想。在出厂试验和工地安装时，多个磁极出现爬电现象。哈电在后续转子磁极设计中总结经验，并对一些薄弱之处作了改进，如增加绝缘密封材料、增加了角绝缘、简化引出线绝缘工艺等，应该说经过三峡、龙滩的磁极制造，哈电在拉西瓦的磁极设计和制造非常成功。

图3 拉西瓦转子磁极绝缘结构示意图

4 结论

（1）拉西瓦机组的绝缘结构设计是继三峡机组之后的又一个典范，是由技术引进、消化吸收到再创新的产品范例。也是哈电完全脱离外方，独立承包、设计、制造的第一个700MW等级的水电机组。

（2）拉西瓦是黄河流域上单机容量最大的水电机组，电站位于高海拔地区，发电机绕组的防晕绝缘结构设计要求高于三峡和龙滩机组。在某种意义上，堪称目前哈电制造的等效电压级别最高的水轮发电机（拉西瓦700MW/防晕设计等效电压22.73kV，三峡700MW/20kV，龙滩700MW/18kV）。

（3）拉西瓦、三峡等水轮发电机的顺利投运，为以后1000MW/24kV水电机组的绝缘结构设计和定子线棒制造打下了良好的基础，提供了有利的技术保证。

Characteristics of the Insulation System of Laxiwa Hydrogenerator

LU Chun-lian
(Harbin Institute of Large Electric Machinery, Harbin 150040, China)

Laxiwa hydrogenerator has the largest unit capacity in the area of yellow river with high elevation. This paper studies on its insulation system, in order to give technical reference for the future optimization for insulation system of huge hydrogenerator.

Laxiwa hydropower station; insulation system; stator winding; magnetic pole winding

TM303.4

B

1000-3983(2010)01-0010-03

2009-10-15

卢春莲（1959-），1982年毕业于哈尔滨理工大学绝缘材料专业，现从事发电机绝缘技术工作，任哈尔滨电机厂有限责任公司副总工程师。