高海拔水轮发电机定子下线工艺研究

孙　鹏

(哈尔滨电机厂有限责任公司, 哈尔滨黑龙江　150040)



高海拔水轮发电机定子下线工艺研究

孙鹏

(哈尔滨电机厂有限责任公司, 哈尔滨黑龙江150040)

摘要：指出了高海拔地区因空气稀薄导致电机绝缘的绝缘强度下降、击穿电压下降。分析了环境因素对20 kV发电机定子下线质量的影响及下线工艺对耐压试验的影响，下线过程中外力造成的绝缘损伤等因素，并提出了相应的解决办法，制定了严格的下线工艺规范文件，要求严格按工艺文件施工并重视下线过程每一步工序的清理工作。

关键词：水轮发电机；定子；电压等级 ；下线工艺

0引言

20 kV电压等级的水轮发电机是目前国内制造的最高电压等级的发电机。随着海拔高度的增加，空气压力的降低，绝缘材料的绝缘强度降低，其击穿电压也下降。根据官地、阿海等高海拔地区机组定子出现的问题，从安装工艺的角度分析问题产生的原因，提出具体解决方案以优化工艺文件和提高质量控制点的检查标准，使定子安装的各项指标符合标准要求。

1问题分析

1.1环境因素对高压定子下线质量影响

随着海拔高度的增加，大气的压力下降，空气密度降低。在海拔至5 000 m范围内，每升高1 000 m，即平均气压每降低7.7～10.5 kPa，绝缘材料的绝缘强度降低8%～13%。随空气压力的降低，其击穿电压也下降。直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低，电晕起始电压降低。

安装现场的环境相对湿度过大以及粉尘附着在线棒绝缘表面，也将导致线棒的起晕电压降低。绝缘材料需要适当的温度才能完全固化，安装现场温度过低，使得绝缘材料固化不完全，导致耐压击穿。因此，保证安装现场的环境相对湿度及温度和粉尘符合安装要求是降低环境因素影响的重要措施。

1.2下线安装因素对耐压试验的影响

线棒在过度外力作用下，会使绝缘产生细小裂痕，或者现场手包绝缘和绝缘盒灌注时也容易产生空隙。如果有气体填充到裂痕或空隙之中，在高电压下气体将产生游离。气隙的游离造成的后果主要有以下几方面：

1) 造成电场的局部畸变，改变介质中原有的电压分布，使局部介质承受过高的场强；

2) 气隙游离出来的带电质点在电场的作用下，撞击气泡壁的绝缘物，使其分解。一般会分解出如氢、氮、氧和烃类等气体，并留下一些固态的聚合物。这些新分解出来的气体又将加入游离过程中去。

3) 产生O2和NO2等气体。当有潮气存在时，NO2还可能与潮气结合成亚硝酸或硝酸，对绝缘材料及金属都会产生腐蚀。O2和NO2对许多常用绝缘材料有很强的化学破坏作用。

这样，气泡的游离，通过上述多种效应的综合，将近旁的绝缘物分解、破坏，并沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展，最终可能导致绝缘被贯通击穿。

同时，绝缘击穿还存在累积效应，即单次耐压试验投入到绝缘介质中的能量不足以完全击穿绝缘，产生了不完全击穿。有实验证明，不完全击穿具有累积效应，即介质的击穿电压随着过去承受过的不完全击穿次数的增加而降低。裂痕使得出现累积击穿的几率变大。

下线过程中外力造成的绝缘损伤主要有以下两方面：

1) 定子铁心槽型尺寸偏差比较大，现场安装时图省事按同一尺寸进行半导体槽衬包绕，导致有些槽下线困难，需要用力将线棒敲入槽内，造成线棒绝缘有一定的损伤。

2) 带端箍支架结构的定子装配，在端箍安装调整时，未考虑到下线时线棒端部和端箍之间还需要垫涤纶毡，以致实际下线时线棒无法靠紧槽底，只能靠压线工具加力将线棒压靠到槽底，造成线棒局部点受力过大，导致绝缘损伤。

除了外力造成的绝缘损伤外，定子下线过程中有很多连接部分的绝缘都是在现场手工包扎。手工包扎过程中的包绕紧度和涂胶均匀度会造成手包绝缘中存在气隙。在绝缘盒灌注时，灌注胶的配比和灌注速度会造成绝缘盒内绝缘产生气泡。

除此之外，端箍支架加工及安装过程中端箍支架的尖角未修圆滑，造成尖端放电现象，下线过程中将半导体材料沾附在线棒高阻段也是造成耐压试验不合格的原因。

2解决方法

2.1降低环境因素的影响

为了将环境因素的影响降到最低，安装现场需要做到以下几点。

1) 机座内设置一定数量除湿机及加热器，应经常投入使用，保证安装现场最低气温不低于5℃，昼夜温差不大于7 K、空气相对湿度在80%以下。环境温度、湿度相对稳定，安装现场环境要清洁无粉尘。

2) 在机坑外较方便固定位置搭建封闭配胶房和硅橡胶槽衬绕包房，以防止金属粉尘、灰尘、杂物等进入作业区。在定子机座与施工平台间搭设适当高度封闭安装间，以防止金属粉尘、灰尘、杂物等进入下线作业区。

3) 用医用胶布将上齿压板间四周缝隙全部粘贴封死，防止胶液、金属粉尘、灰尘、杂物等进入，下线全部结束后再拆掉医用胶布。

4) 设专人负责下线作业区、配胶封闭房和硅橡胶槽衬绕包封闭房的卫生清洁，用吸尘器吸尘，并拖洗地面。

5) 下线过程中安装现场应有措施控制进入下线区域的无关人员数量。

6) 为了保证各种半导体材料和绝缘材料的固化时间符合规范要求，下线之前需要对所有用到的材料进行固化试验，并详细记录现场的环境温度和湿度，以及固化时间。如果环境温度低导致固化时间过长，则需要采取加热措施，缩短固化时间，保证所有半导体材料和绝缘材料完全固化后再进行耐压试验。

2.2避免人为因素造成绝缘损伤

下线过程中为避免人为因素造成绝缘损伤，安装人员应做到：

1) 在定子铁心叠装过程中尽量保证槽型尺寸一致。下线之前应抽测槽型尺寸，发现尺寸偏差大的槽做出明显标记，在下线过程中应根据槽型实际尺寸调整半导体槽衬的厚度，使线棒易于嵌入槽内，不允许大力敲击线棒。

2) 在装配端箍支架时，先要将下层线棒靠紧槽底，并用压线工具压牢。然后在端箍和线棒之间垫2 mm厚的环氧玻璃布板以保证线棒和端箍支架之间有间隙。调整好搭块距离后再进行焊接。

3) 在下线过程中，只能用橡皮锤或者木锤轻轻敲击线棒，不得使用铜锤等金属材料的工具。使用压线工具压住线棒即可，不可用力过大。力度以在压线垫条上仅有轻微压痕为准。

2.3严格按工艺规范操作

现场手工包绝缘时用力要均匀，必须严格按工艺规范进行刷胶，保证手包绝缘内无气隙。绝缘盒灌注胶在使用前必须做固化试验。待灌注胶固化后需将绝缘切开，观察绝缘内部是否存在气泡。在灌注过程中将灌注胶慢慢的倒入绝缘盒内，防止产生气泡。

2.4重视清理工作

下线过程中每一步的清理工作需要重视。

1) 下线前槽内喷1235半导体防电晕漆时注意不要喷在上、下齿压板和压指上。

2) 端箍搭块安装前应清理，去毛刺，有尖点的地方圆滑过渡。

3) 在线棒绑扎前，应用丙酮彻底清理线棒斜边处，仔细检查线棒上是否沾附有半导体材料或者是粉尘等污染物，直到确认无污染物后才可以进行绑扎。

4) 每次耐压试验前要仔细清理，线棒间不得有杂物存在，特别是半导体槽衬和硅橡胶等的残留物。清理干净后才可以进行耐压试验。

3结语

目前已经成功研制了电压等级为24 kV和26 kV的定子线棒。通过此次工艺攻关，完善了20 kV以上电压等级高海拔定子下线的安装工艺文件。通过对安装现场环境因素以及安装人为因素进行了严格控制，优化了安装工艺方法，提出了问题的解决方案，为其他高海拔高电压等级定子安装进行技术储备，提高水轮发电机定子安装质量。