发电机组定子绕组整体下沉处理与分析

许玉忠

(乌鲁瓦提水力发电厂，新疆 和田 848000)

乌鲁瓦提水电厂总装机容量4×15MW，机组使用SF15－14/3250型三相凸极同步水轮发电机，额定电压为10.5KV。该型发电机组定子铁芯外径3250mm，高1200mm，采用扇形硅钢片交错迭制而成，轴向长度内分为24段，段间共有径向通风沟23个。定子绕组为迭绕组，采用B级绝缘，共144个，股线采用双玻璃丝包扁铜线棒(SBEB－40/130)，主绝缘采用多层半迭包的环氧粉云母带，在主绝缘外面平包一层玻璃丝带，再在外面刷一层防晕漆。线棒嵌入铁芯后，用槽楔固定于定子线槽内，绕组两端绑牢在端箍上。绕组接成双Y形，主引出线和中性引出线各3根。定子绕组装配及槽内结构如下图1所示。

图1 定子绕组装配及槽内结构示意图

1 定子绕组下沉问题的发现

2号发电机组于2000年12月正式投运，2005年对4台发电机组进行第一次A级检修，检查定子绕组正常，安全运行至今。2009年底对2号机组进行了第二次A级检修中检查发现，发电机定子绕组整体下沉。

对2号机定子初步检查时发现个别槽楔松动，槽楔空哑声明显。进一步仔细检查，发现以下情况:

1)根据上次检修喷漆中，定子绕组线棒与槽楔下端接合面漆面痕迹的向下位移，有10－15mm的未喷漆线棒移出。

2)安装时定子绕组上端部与下端部伸出铁芯长度一致，实际测量，上端部为335－340mm，下端部为345－350mm，伸长偏差值为10－15mm。

3)安装时端箍固定在支持件卡口正中位置，但实际测量端箍向下位移至距卡口中心10－15mm处。

结合以上几个方面综合分析判断，定子绕组与以前相比较，整体下沉了10－15mm。同时检查发现，绕组与端箍绑扎绳松动较为明显，绕组间工字间隔片绑扎绳有约1/3松动，槽楔绑扎绳有明显松动，有5处槽楔衬垫有移位现象。槽楔两端空哑声为1/2，中间部分空哑声为2/3。定子机座和铁芯及支持件无任何位移和变化。对机组的各项试验数据(直流电阻、绝缘电阻、直流泄漏、交流耐压)与运行至今历次实验数据相比无明显变化。

2 定子绕组下沉问题的原因分析

因定子绕组线棒嵌入铁芯后，用槽楔固定于槽中，绕组两端绑牢在端箍上。根据装配的结构，槽楔对绕组的固定起决定性作用，经检查也发现部分槽楔衬垫有移位现象，槽楔两端及中间部分空哑声均超过了标准规定的1/3、1/2的要求。据此判断，绕组整体下沉的主要原因是:

1)因和田电网网架薄弱，2008年以前未与新疆主电网联接，为孤网运行。而乌鲁瓦提水电厂是和田电网的主力电源，由于电网稳定性较差，且无大容量主电网的支持，电网故障时无充足的备用容量。一旦出现故障或事故跳闸直接冲击乌鲁瓦提水电厂的发电机组。据统计，2号机从开始运行至2008年累计受冲击达200余次。

2)受和田电网负荷多为民用负荷的影响，早中晚时段性强，机组在多数时间处于低负荷状态下运行，机组运行在振动区的时间增大。

在构建图书馆智库时，不但要将细致的研究工作做到位，最重要的是将智库成果推广出去，发挥其巨大的文化价值和社会价值。国内的做法是设置专门的推广机构，将智库优秀的成果分享和展示给社会公众。高校图书馆目前还没有条件设立专门的推广机构，但是可以加强资源共享和整合，将智库成果评价推广纳入信息服务中。可以借助自媒体、新媒体等传播途径，或利用成果展示、人物主题专访等形式，吸引公众的关注度，起到良好的传播效果。

3)在定子绕组出厂时槽楔安装未达到应有工艺要求，加之新疆气候非常干燥，定子线棒的绝缘带及绝缘漆等长期脱水干燥收缩，从而造成槽楔松动，对定子绕组的紧固力不够。

3 定子绕组下沉问题的危害分析

按定子绕组下沉的运行现状分析，定子和转子之间相对电磁切割的有效面积并未改变，从而对机组的出力未造成影响，这也是虽然定子绕组整体下沉但一直未对机组正常运行造成影响的原因。但是考虑到机组长年运行，定子绕组如果继续下沉，线棒和定子线槽及槽楔之间产生硬摩擦，加之槽楔松动后带来线棒松动，在电磁力的作用下将产生震动，将对定子线棒的绝缘层产生破坏。且由于线棒与线槽槽壁间隙增大，其二者之间的电位差也较大，易产生局放电，长时间作用造成线棒绝缘烧损劣化，使槽部电腐蚀。［1－2］如果此时定子线棒存在绝缘薄弱部分，造成绝缘击穿。无论是绕组匝间或是对铁芯(地)短路，所产生的热效应和机械效应，都将对定子绕组和铁芯造成严重损坏。［3］另外，随着定子绕组的下沉，定子绕组上端部高电位区距铁芯的距离进一步缩短，如果距离小于10cm时，有可能造成绕组对铁芯(地)放电。因为定子绕组端部的短路事故具有突发性和难于简单修复的特点，损失往往极为巨大，因此必须采取有效措施加以防止。［4］

4 定子绕组下沉问题的处理

定子绕组下沉问题的处理，首先要参考电气试验数据，如果试验数据异常，表明下沉已经对定子绕组绝缘造成实质性破坏，这样只能拆除定子线棒，处理后重新组装。基于2号定子绕组各项实验数据与运行至今历次试验数据比较无明显变化，确认下沉并未对定子线棒绝缘造成破坏的实际情况。既要保证消除隐患，保证机组长期安全运行，又要考虑经济性和可操作性，充分参考发电机组生产厂家的处理建议并沟通后，采取将槽楔退出，提升线棒，再紧固槽楔的方案。具体处理方法如下:

1)铲除槽楔绑扎绳。

2)分段将定子绕组固定，利用下挡风板、千斤顶、绝缘板等对绕组下端进行垫紧固定。

3)铲除端箍绑扎绳及线圈间隔片等妨碍线圈移动的紧固点。

5)铲除引线绝缘，断开连接点，利用该点及引出铜排，通入直流电，电流约为600－800A左右，时间约为15－20分钟，待线圈温度升至约80度时翻出面层线。

6)利用机座上端钢管做支撑，在线圈鼻部穿入绑扎绳，并用槽楔插入其中旋转，慢慢抬起线圈，底部用千斤顶向上托顶。

7)提升至所需高度后，嵌入面层线。

8)焊好连接点，恢复引线绝缘。

9)利用增加调节槽楔下垫条，打紧槽楔，其要求为两端、中间部分空哑声分别不超过1/3、1/2。

10)重新绑扎槽楔绑扎绳、端箍绑扎绳，可加固绑扎绳两道。

11)对工字间隔片绑扎绳重新绑扎，并对所有新绑扎绳等刷绝缘漆。

12)按检修后标准做各种测试、试验，如空哑声、电气试验等，验证修复过程对定子绕组绝缘是否造成破坏。

5 定子绕组下沉处理的工具及材料

处理所需的工具及材料有:剪刀、榔头、扳手、铲刀或木工凿子、直流加热电源、氧气、乙炔及小号焊枪、Φ50钢管或其他替代物、千斤顶、厚绝缘板(约1000×300)、毛刷、毡垫。厂家提供的配套槽楔、垫条(厚度 0.2、0.5、1.0、1.5mm，宽 24.8mm，长度1270mm)、Φ3、Φ5涤玻绳、环氧云母绝缘带、涤纶带、石棉布、银铜焊条等。

6 处理前后试验数据对比

1)定子槽楔空哑声检查，是对处理施工中定子槽楔的紧固度进行检验，检查结果见表1，如存在空哑声应标出该空哑声所处具体位置，并重新处理，直至合格。

2)定子绕组电气试验，是对定子线棒的主绝缘和绕组整体绝缘在处理过程中是否收到破坏进行检验。其检查项目包括对定子绕组的直流电阻、绝缘电阻、直流泄漏、交流耐压等试验。［5］电气试验检查结果见表2。通过表中数据可以看出，定子线棒提升回原位，定子槽楔得到了紧固，定子绕组绝缘也未受到破坏，满足规程规范及实际运行的要求。

7 处理中的注意事项及工艺要求

1)在现场打紧槽楔中发现，中间段槽楔每段如采用原安装尺寸240mm，很难保证槽楔空哑声的要求，为保证槽楔的紧固度，将每段槽楔长度改为120mm。

2)在施工过程中，要严格按照施工方案及检修工艺要求施工，把每个槽楔的空哑声控制在不超过每根槽楔长度的1/3内，保证了槽楔松紧度在规定范围内。槽楔的紧固度通过调整槽楔下面所垫的垫条厚度，通过不同厚度垫条的组合，保证槽楔的紧固度。

3)槽楔的紧固度，不宜过松，但也不宜过紧，如果槽楔过紧，有可能对线棒的主绝缘造成破坏，所以槽楔的松紧要靠经验和手感来控制，一般来说，在打槽楔时每锤下去，槽楔前进的长度应控制在5－10mm范围内。如感觉槽楔过松或过紧均要退出槽楔，重新调整垫条的厚度至合适。

4)处理中应注意现场的安全管理和质量管理，一方面因空间狭小，要提醒工作人员注意人身安全及设备安全。防止砸到手，落物伤人，还应特别注意榔头不能碰到线棒及绝缘层，确保定子线棒不受损伤。由于槽楔有144槽，共有720余段，为控制施工质量，每装好一段槽楔后，都要及时检查空哑声，不满足要求的及时返工，以保证完工后的槽楔空哑声满足要求。

表1 定子槽楔空哑声检查表

表2 定子绕组电气试验检查表

8 结论

在对定子绕组整体下沉问题的处理过程中，通过电气试验确定定子绕组的主绝缘未受到下沉的破坏，既要保证处理后设备长期运行的安全性满足要求，又要考虑经济性和可操作性，从而审慎地制定出处理方案。得以使2号发电机组的定子绕组恢复到原来位置，并在处理的过程中保证了定子绕组主绝缘的良好，通过处理后近2年的运行观察，复测数据未发现定子绕组有再次下沉的现象。定子绕组整体下沉问题在其他水电厂运行中并不多见，因此对定子绕组整体下沉问题的判断和处理具有一定的实践指导意义。

［1］邱毓昌，施围，张文元.高电压工程［M］.西安:西安交通大学出版社，2003.

［2］刘云.水轮发电机故障处理与检修［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.

［3］机械工程手册编辑委员会.电机工程手册(第4卷)［M］.北京:机械工业出版社，1982.

［4］白亚民.发电机定子绕组端部动态特性试验的实践意义和标准掌握［J］.电力设备，2003，4(1):57 －59.

［5］中华人民共和国电力工业部.电力设备预防性试验规程 DL/T596 －1996［S］.北京:中国电力出版社，2010.