近尾洲电站定子线棒改造

李声宝，朱红平，周 军，姜晓峰

（1.东芝水电设备（杭州）有限公司，浙江 杭州310020；2.五凌电力近尾洲电厂，湖南 衡阳 421127；3.湖南五凌电力科技有限公司，湖南 长沙410004）

0 前言

近尾洲水电站为湘江干流中游梯级开发的第7级电站，位于湖南省衡阳市衡南、祁东、常宁2县1市交界处，距衡阳市区约75km，属于低水头河床式日调节电站，电站装机容量63.0MW，3台21.0MW贯流式机组，于2002年3月3台机组全部投产发电，机组为进口产品。

近尾洲电站发电机定子采用贴壁式结构，额定电压10.5kV，绝缘等级F级，定子槽数480槽，绕组为整距绕组，采用波绕组形式布置，每极每相槽数为q=2，定子绕组斜槽一个齿距，绝缘厚度为2.2mm（包括低阻防晕层）。

经14年运行后，发现各台定子线棒均有不同程度的电腐蚀，槽楔亦有脱落现象，定子绕组温升较高，电站为确保机组安全运行，决定对定子线棒及其绝缘体系进行重新设计和制造，原发电机组为进口产品，对定子线棒电气性能要求非常高。改造设计时因机组仍在运行，无法对改造所需的参数进行详细测量调查，原设计图纸也不全，对局部改造来说增加了不小的难度，故设计和制造时需要经过深入调查和研究分析。

1 发电机基本参数和设计要求

发电机基本参数如表1所示。

表1 发电机基本参数表

定子线棒改造的具体要求：

（1）尺寸：绝缘厚度2.2mm（包括低阻防晕层厚）。

（2）击穿电压：≥70kV，击穿场强≥35kV/mm。

（3）局部放电：10.5kV 时，≤ 500PC。

（4）介 损：初 始 值 0.2UN时，tanδ≤ 1.0%；△tanδ （0.6UN-0.2UN）≤0.5%；热态介损：0.6UN时，≤6%。

2 磁场及温度场的有限元解析情况

为分析原机组温升偏高，是否存在设计问题，以及改造前后机组情况的比较，对发电机定转子部分进行了有限元解析，图1～图4是几种改造后的典型解析结果。

图1 局部剖分网格

图2 额定运行时磁力线分布

图3 标量磁感应强度分布图

图4 进相深度0.95时矢量磁感应强度分布图

解析结果表明，磁场的分布沿气隙分布均匀，磁密大小合理，满足工程设计要求。

整体温度场分布、局部温度场分布及线棒局部温度场分布如图5所示。

原机组定子绕组下线方式采用定子线棒插入铁心槽内后，向槽内灌注半导体硅胶，从而填充间隙的方式，采用该种下线方式时，若能有效填充满线棒与铁心之间的间隙则效果尚好，但如果注胶没有充分填满空隙，当线棒和铁心之间存在空气隙时，则会出现线棒导热效果降低，温升偏高，槽内线棒表面出现微小放电并产生电腐蚀。

图5

发电机采用贴壁式结构，定子部分的热传导为：定子线棒→定子铁心→定子机座→河水。由图5可知，定子机座和定子铁心外径侧温度很低，被河水有效冷却，定子线棒仅靠槽底侧温度较低，而气隙侧则温度偏高，冷却效果不是很理想，进而推断定子线棒与定子铁心之间的热传导不良。

分析可知若采用可减小定子线棒与定子铁心之间间隙的下线方式，同时槽内填充材料采用高导热材料，应能达到改造目的，因此近尾洲电站改造设计时，定子线棒槽内固定方式采用高导热的半导体材料、螺旋包绕下线方式，以改善热传导、减小槽内铁心与线棒之间的间隙，达到降低定子线棒温升的目的。

通过对定子部分的温度场解析，对比改造前和改造后可知，线棒温升可降低5K以上，满足了合同要求。

3 改造定子线棒电气性能

随机选取试验线棒，对试验线棒进行了各项电气试验，对定子线棒是否满足性能要求进行验证，表2～表4列出了几项典型的电气试验结果。

定子线棒下线完成后，对发电机定子槽电位进行了测量，所有测量数据都小于1V，远优于国标要求的小于10V，说明螺旋包绕下线方式能明显降低线棒与铁心之间的间隙，从而可提高散热效果，避免槽部电晕腐蚀。

表2 介损测量

表3 局部放电测量 单位：PC

表4 击穿试验

从上述几项试验结果来看，虽然电气性能要求非常严格，通过选用性能优越的单面补强材料以及高导热半导体硅胶材料和绝缘体系的优化，最终生产的线棒能满足性能要求，并达到非常好的效果。

4 改造后运行情况

目前一台机组已经完成定子线棒改造，运行了半年以上，运行情况良好，并经历了汛期和夏季的考验。横向与另外几台没有改造的机组进行对比，改造机组的定子线棒温度明显低于其他机组，在没有满负荷运行情况下，温度比其他机组低5℃左右，推算带满负荷时，温度约低7℃，与分析结果接近，达到了改造的目的。

5 结语与展望

随着机组运行时间的增加，绝缘寿命将达到年限，或者随着流域水力参数的变化，机组希望增容等都将使得发电机组有局部或整体改造的需求。机组在改造时需要充分调查分析，由于绝缘水平和制作能力提高以及新技术的发展，如果其他部件有足够余量，仅仅更换定子绕组也能达到增容改造的目的。这样既能达到改造的目的，又能节约大量资源和成本。

通常需改造机组已经运行有一定的年限，若仅仅更换定子绕组，需要检查定子铁心是否完好无损，是否存在短路点，是否存在翘曲、生锈、叠片松动等现象。通过对铁心表面的检查、清洗以及铁损试验合格后，方能确定定子铁心可以保留使用。

近年来，采用槽内灌胶方式的某些进口发电机组出现了定子线棒温升过高以及电腐蚀现象，甚至导致短路击穿事故，通过本项目的改造，能够非常有效降低温升，避免电晕产生，提高了机组的安全可靠性，为类似发电机组改造提供借鉴意义。