水轮发电机定子绝缘盒开裂流胶缺陷分析及处理

韩 波，李香华

（中国长江电力股份有限公司，宜昌 443002）

水轮发电机定子绝缘盒开裂流胶缺陷分析及处理

韩 波，李香华

（中国长江电力股份有限公司，宜昌 443002）

本文介绍了某大型水电站发电机定子绝缘盒开裂流胶缺陷情况，从绝缘盒和填充胶的材质、性能及运行工况等方面对缺陷原因进行了分析，并提出了有效检测及处理措施。

绝缘盒；流胶；开裂

0 前言

国内某水电站，装有我国20世纪80年代初期自行设计、自行生产的轴流转桨式水轮发电机组，1981年7月第一台机组并网发电，至今已运行30多年。由于充沛的来水量，使得其机组长期处于满负荷工况下运行，平均每年的运行小时数大于6000小时，机组及其部件出现不同程度的老化现象。近年来，多台机组发电机定子绝缘盒出现流胶、开裂现象，且现象相对普遍，成为影响发电机安全稳定运行的重要隐患。

1 绝缘盒流胶开裂缺陷现象描述

电站机组发电机冷却方式为全空冷，采用无风扇双路径向通风系统，定子为六瓣组装结构，定子绕组并头套采用锡焊工艺，绝缘盒材质为酚醛玻璃纤维压塑料4330-1，内部灌注796环氧树脂胶。近年来，发电机内部检查发现多台机组存在不同程度的绝缘盒流胶、开裂现象，其中1981年至1983年投运的机组情况较为严重。

1.1 绝缘盒开裂现象

对开裂现象严重的绝缘盒剖开后进行检查，绝缘填充胶未发现开裂现象，填充胶性质未见明显变化，绝缘盒整体无松动、无过热迹象，将填充胶清理干净后检查，发现定子接头无过热及放电迹象，定子接头直流电阻测试数据正常。

图1 开裂严重的绝缘盒外观及剖开检查照片

1.2 绝缘盒流胶现象

对流胶现象严重的绝缘盒剖开后进行检查，发现绝缘盒填充胶存在蜂窝状孔洞，填充胶颜色异常，有分层现象，且未见明显石英砂成分。将填充胶清理干净后检查，发现定子接头无过热及放电迹象，定子接头直流电阻测试数据正常。

2 绝缘盒开裂流胶缺陷原因分析

2.1 绝缘盒开裂原因分析

绝缘盒材质为酚醛玻璃纤维压塑料 4330-1，4330-1酚醛玻璃纤维压塑料是以聚乙烯醇缩丁醛改性的苯酚、苯胺、甲醛树脂为粘接剂，以短切无碱玻璃纤维增强的热固性压塑料，其机械强度较高，绝缘性能良好，具有优良的耐湿、耐温和防腐性能。影响酚醛玻璃纤维压塑料4330-1性能稳定性的重要反应是氧化降解反应，当材料长时间受到热和空气的氧化作用，会引起材料交联、硬化、收缩和应力裂缝，氧化降解反应至一定程度可使绝缘盒开裂，外观上也会发生显著变化，颜色加深、光泽减退、表层疏松，其强度也将下降。对开裂严重的绝缘盒剖开后检查情况看，绝缘盒内表面存在颜色加深等现象，可以判定开裂绝缘盒发生了一定程度的氧化降解反应。

图2 流胶严重的绝缘盒外观及剖开照片

图3 开裂绝缘盒剖开后内部氧化降解照片

从开裂严重的绝缘盒剖开后检查情况看，绝缘盒两侧与并头套间距不一致，环氧填充胶厚度严重不均匀，使得绝缘盒在长期运行时出现温度不均匀的情况，温度较高部位氧化降解现象将会更加突出；同时，绝缘盒在运行温度与室温之间热胀冷缩过程中，绝缘盒所受应力也会存在不均匀的现象，局部所受应力较大且绝缘盒较薄弱部位将更易出现裂纹现象。

综上分析，绝缘盒开裂缺陷是由材料氧化降解、安装工艺控制不到位及运行年限久远等诸多因素引起。

2.2 绝缘盒流胶原因分析

绝缘填充胶796由环氧树脂、固化剂、填料等组成的流动性较好的混合物，浇注后于室温下固化，其材料、配比及特性如表1所示。

环氧树脂6101为低相对分子质量的双酚A型环氧树脂，其软化点为12～20℃，根据不同的固化剂，环氧树脂固化物有不同的耐热性，环氧树脂6101加入固化剂593后固化物热变形温度为80～105 ℃。如果环氧树脂与固化剂混合不均匀，或配比不合适，都将使环氧树脂和固化剂反应不完全，从而造成部分环氧树脂未完全固化，其软化温度将更低。

表1 绝缘填充胶796配比及特性

发电机采用无风扇双路径向通风系统，具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点，但也存在定子铁心、定子线棒的轴向温度分布不均匀的问题，由于在定子端部往往存在一定的通风不良区，致使定子端部温度相对较高。对机组定子线棒进行温升分布试验，试验证实线棒下端部温度比中、上部普遍要高，从而在机组运行中，定子端部局部温度可能达到填充胶软化温度，出现变形流胶现象，绝缘盒流胶位置多分布在定子下端，也与线棒温度分析相吻合。

由于发电机定子为六瓣现场组装结构，通过对现场绝缘盒流胶位置进行分析，发现绝缘盒流胶现象大多分布在定子合缝槽位置，鉴于定子合缝槽位置绝缘盒为现场安装，其余绝缘盒为出厂前统一安装，由此可分析得出，绝缘盒开裂与现场机组安装时施工工艺有一定关系。进一步对流胶严重的绝缘盒填充胶进行测试发现，填充胶放入丙酮后有溶解现象，可以判定填充胶固化不完全，由此可以分析，机组绝缘盒安装过程中填充胶搅拌不均匀、不彻底，或者组份比例不合适，造成填充物固化不完全，也是出现绝缘盒流胶缺陷的一个重要原因。

综上分析，绝缘盒流胶缺陷是由环氧填充胶耐热性不高，且安装工艺控制不到位致使未完全固化等原因造成。

3 绝缘盒开裂流胶缺陷检查及处理

3.1 外观检查

对发电机端部进行全面检查，包括检查线棒端部有无损伤，线棒端部污染情况，端头绝缘盒是否有裂纹以及灌注的环氧胶是否存在软化流出现象，用小锤敲击端头绝缘盒有无发空脱壳现象等，从而判断绝缘盒开裂流胶缺陷严重程度。

3.2 绝缘盒流胶开裂缺陷处理

根据现有绝缘盒缺陷情况，结合现场实际，模拟绝缘盒缺陷进行试验。铲开某机组185槽绝缘盒但未伤及内部填充绝缘，以模拟绝缘盒开裂但内部填充绝缘未贯穿的情况；铲开某机组209槽绝缘盒，并用钻头在开裂处钻开内部填充绝缘直至露出并头套，以模拟绝缘盒开裂且内部填充绝缘贯穿情况；铲开某机组215槽绝缘盒露出并头套，然后用云母带半叠绕包扎一层，以模拟绝缘盒开裂且内部填充绝缘贯穿，采取云母带半叠绕包扎处理后的情况。现场试验测量数据见表2。

表2 绝缘盒开裂缺陷试验测量数据

通过表2试验数据分析，发现在绝缘盒轻微开裂而内部填充胶未损伤的情况下，额定电压下端部局部泄漏电流数据不能测到，说明机组在绝缘盒轻微开裂而内部填充胶完好的情况下运行时，绝缘盒开裂处外移电位较小，对绕组整体绝缘性能影响不大，但在1.5倍和2倍额定电压下，电位外移较明显；绝缘盒贯穿性开裂的情况下，额定电压下局部泄漏电流值达到10μA，折合成电压为1000V，在高于一倍额定电压下泄漏电流值快速增长，说明绝缘盒内部填充绝缘贯穿性缺陷对机组安全稳定运行的危害较大，应及时进行处理；绝缘盒贯穿性开裂经包扎云母带处理，对减小缺陷处局部泄漏电流，阻止电压外移效果明显。

通过上述分析，对于开裂严重的绝缘盒，及时进行更换绝缘盒处理，对表面轻微开裂的绝缘盒，考虑到绝缘盒老化开裂现象随着运行年限增加将逐步恶化，用浸有环氧胶的云母带和玻璃丝带包扎，防止缺陷进一步恶化。

对开裂流胶严重的绝缘盒解剖后，采取大电流压降法检测线棒端部接头焊接状况，测量结果判定线棒端部接头焊接部位均不存在缺陷，因此，轻微流胶对填充胶绝缘性能影响不大，为防止缺陷进一步恶化，采用局部刷胶封堵方式进行处理；绝缘盒流胶严重会使得绝缘性能降低，同时运行中可能出现因绝缘胶软化导致绝缘盒脱离事故，及时进行了更换新绝缘盒并重新灌注耐热型填充胶处理。

更换绝缘盒时应严格控制安装工艺，绝缘盒与并头块之间的前、后、左、右间隙调节均匀恰当，保证填充胶能均匀地流入绝缘盒，尽量消除内部气隙，同时将填充胶充分搅拌均匀，确保完全固化。

鉴于绝缘盒开裂缺陷与绝缘材料性能、安装工艺及运行年限久远等因素有关，为彻底消除该缺陷，需对绝缘盒及填充胶进行更新改造。利用机组改造增容机会，对绝缘盒及填充胶进行了优化改造，绝缘盒采取环氧层压玻璃布板材质，填充胶采取AB组分耐高温环氧树脂胶，其常温固化可耐温150℃至220℃，瞬间可耐温280℃以上高温，具有较好的耐热性能与机械性能及较高的反应活性。通过上述改造，从根本上消除了绝缘盒开裂及填充胶软化流胶的缺陷。

4 结语

文中所述电站水轮发电机组绝缘盒开裂、流胶缺陷，检查分析与绝缘材料性能、安装工艺及运行年限久远等因素有关，通过严密跟踪检查，对严重者进行了及时处理，确保了机组安全稳定运行，同时利用机组改造增容契机对绝缘盒及填充胶进行更新改造，对其他水电站具有较好的借鉴意义。

[1] 马卡安, 董继斌, 苏燕民, 吴新强. 150MW 水轮发电机定子端部绝缘缺陷处理[J]. 湖北水力发电,2009, 3.

[2] 贾秋颖, 郭喜祥, 刘玉莹, 王凌东. FX 系列酚醛玻璃纤维模塑部标准验证报告[J]. 工程塑料应用,1993, 1.

[3] 贺胜利, 李新峡. 发电机定子端部绝缘盒脱落的处理[J]. 电力安全技术, 2006, 5.

[4] 陈文添. 浅谈水轮发电机定子端接头绝缘与处理[J]. 大电机技术, 2001, 4.

[5] 周尚礼. 青溪水电厂 3号发电机定子相间短路事故分析与处理[J]. 广东电力, 1998, 1.

[6] 沈如涓, FX—501、FX—503塑料老化性能的考察[J]. 工程塑料应用, 1978, 2.

审稿人：满宇光

Analysis and Treatment for Filler Leakage and Cracking of the Insulating Box at the Hydrogenerator Stator’s Ends

HAN Bo, LI Xianghua
(China Yangtze Power Corporation Ltd., Yichang 443002, China)

This paper describes the defect of filler leakage and cracking of the insulating box at the generator stator’s ends, analyze the cause of the defect from the material, performance and operating conditions of the insulating box and the filler，and describes the measures of detection and treatment.

insulating box; filler leakage; crack

TM312

A

1000-3983(2014)03-0050-04

2013-05-23

韩波（1964-），2007年毕业于华中科技大学电气工程专业，硕士，现从事水电站检修技术与管理工作，高级工程师。