水轮发电机定子槽电位超标的原因分析与处理应用

国网湖南省电力有限公司水电分公司 谭海霞

发电机定子线棒不可避免的与定子铁芯槽壁之间存在间隙，如定子线棒的槽电位较高，易导致线棒表面与铁芯间产生电容性火花放电。这种高能量的放电将破坏定子线棒端部的防晕层，引起线棒发热和绝缘材料的电腐蚀，进而加速绝缘老化，严重影响线棒的绝缘强度和使用寿命，甚至对定子绕组的主绝缘造成危害，使定子线棒烧损，发电机保护动作导致发电机非停的重大安全事故和经济损失。

1 问题提出及原因分析

某水电站2号发电机生产于1987年1月、于1990年10月正式投运。在2020年5月至7月期间，该水电站2号发电机组进行A 级检修，试验人员在开展定子线棒槽电位的试验时，对全部216槽进行逐一测量，发现第2、3、4、6、7、12等共计30槽的线棒表面电位超过Q/GDW 11150-2019《水电站电气设备预防性试验规程》的要求（施加额定交流相电压，用高内阻电压表测量绕组表面对地的电位值，测得连续各点电压的差别不大于5V，单个点电压在10V 以下），均大于10V，最高电压达到53.8V。

1.1 定子线棒的表面电阻率分布不均

通过观察退下来的槽楔发现，有一半以上的线棒单从表面颜色来看就有明显的区别。这些线棒的颜色大致从中间分段，一半为灰色、一半较黑且亮，一般情况下灰色部分的半导体性能明显，黑色部分因为制造时含有较多胶体，半导体性能要差一些。用表计测量线棒的表面电阻率相差较大，运行时必然导致线棒表面的场强分布不均，发生畸变，使得槽电位在同一线棒的同一平面上差别很大。有的部位因电阻率很高，会造成线棒局部的槽电位过高。

1.2 定子线棒和铁芯接触的紧密程度不够

机组运行的年限过长，多次振动带来的累积效应引起槽楔松动，且槽内的半导体漆在长时间运行状态下产生的高温将导致部分胶体脱落形成流胶；在铁芯槽内喷漆和涂胶时无法保证各个部位的厚薄均匀且无花斑。采用手工包制的线棒主绝缘表面可能会凹凸不平，不能紧密贴合铁芯槽壁，使得安装的定子线棒在铁芯槽内的间隙过大，二者的接触程度不够紧密。这些情况都将导致线棒表面与铁芯间不能形成等电位，引发电容性放电，使槽电位升高。

1.3 定子线棒表面与槽楔受力不均

槽楔打的不紧会使线棒和槽楔、槽壁间接触不良或出现间隙，容易产生电腐蚀。在传统的安装工艺下线棒与槽楔间是刚性连接，且机组在长期运行后其绝缘材料会有一定的收缩量，槽楔出现松动，致使其与线棒表面的受力不再均匀，线棒和铁芯槽壁接触不良、槽电位上升。

1.4 定子铁芯表面接触电阻值过高

在铁芯叠装前，考虑到金属表面发生氧化或腐蚀现象会影响铁芯的电磁性能，需给铁芯表面涂抹一层坚硬、具有一定绝缘电阻且耐热的半导体漆。这种半导体漆是由环氧酚醛树脂清漆和500目胶体石墨按照规定比例混合、搅拌而成的一种漆液。若漆液的搅拌不够均匀且涂抹时厚薄不一，必然导致半导体电阻率超标。一旦铁芯表面的半导体电阻率过大，定子线棒和铁芯槽壁间的接触电阻值也将大幅增加，引起线棒表面对地的电位升高。

2 处理措施

在定子线棒的制造过程中，应尽早联系生产厂家，要求其技术人员必须保证线棒表面防晕层的半导体材料分布均匀，并确保线棒棱角处与线棒平面上的电阻率一致；通过缩短铁芯槽与定子线棒间的配合公差尺寸，以减小槽内线棒表面与铁芯槽壁的间隙。当线棒全部入槽后，在铁芯槽壁与定子线棒的间隙中加塞0.1mm 或0.2mm 等不同厚度的半导体垫条，减小了两者间的间隙、提高了槽满率，增多了定子铁芯与线棒表面的接触点，从而也减小了接触点之间的跨步电压。当施加1个额定的交流电压时，定子线棒、半导体垫条和铁芯之间在无间隙和有间隙这两种情况下的等效示意图如图1、图2。

喷涂在定子铁芯表面的半导体漆，应是按比例加入环氧酚醛树脂清漆和500目胶体石墨搅拌成漆液后，经测量其电阻率符合要求后方可喷涂，且在喷涂时应严格控制胶的用量及所喷厚度，做到均匀无花斑，以保证铁芯表面接触电阻合格；在铁芯槽底加垫适形材料的半导体涤纶毡垫条。如遇到槽底放有测温元件时，还应在垫条的对应部位开孔，以保证测温元件不被压坏，使线棒在槽内接触平整；选用适合发电机定子上、中、下层的槽楔，以便于打紧槽楔和确保槽楔与线棒表面的受力均匀。对于槽楔松紧的一般要求是：槽楔靠铁芯下端的第一节全紧、无空哑声，第二节空哑声不超过三分之一；上端第一节全紧，上端第二节、中部各空哑声不超过三分之一。

3 应用及效果

某水电站2号发电机的额定容量为7MW，以此为例，在2号机组定子槽电位超标的问题上，依据上述分析的四点原因开展逐一排查。在尝试用塞尺测量30个槽电位超标的线槽时发现，定子线棒与铁芯槽壁的间隙最大为2mm、最小也达到0.35mm，两者之间存在明显的间隙，且不满足GB/T 8654-2003《水轮发电机组安装技术规范》中定子线棒与铁芯槽壁的间隙需小于等于0.25mm 的要求，是导致槽电位超标的主要原因。随即在2号发电机上，针对这一确定的主要原因实施了前述降低槽电位的处理措施：

首先，松开下端的槽楔绑线，用木板或环氧板抵住槽楔通风孔，用力敲击木板或环氧板退出槽楔，注意力道，防止退出过程中刮破线棒或碰伤铁芯。然后对定子槽进行吹扫、清洗。接着在槽壁、线棒与铁芯的间隙处均匀涂刷低电阻半导体防晕漆，待其晾干后开始回装，根据定子线棒与槽壁的间隙塞入0.1mm 和0.2mm 厚的半导体垫条，直至塞不进为止。确保打入槽楔后符合槽楔松紧的要求。最后采用浸入环氧绝缘胶（由A 组份、B 组份的B 级绝缘胶和丙酮按1∶1∶2的比例配置而成）的玻璃丝带，并让它以晾至半干、软而不湿的状态将最下层的槽楔绑扎完，再用环氧绝缘胶喷涂一遍，使绑扎带与槽楔牢牢地固定住。

经过以上处理后，同样采用400kVA 发电机并联谐振耐压装置和BS471101型高内阻数字式万用表对槽电位超标的定子线棒重新测量，其试验结果见表1。

表1 某水电站2号发电机定子槽电位超标处理后的试验数据（部分）

以上试验数据均是在发电机绕组温度21℃，环境温度21℃，相对湿度70%的条件下测得。通过处理前后数据对比可知，处理后的定子槽电位均在5V以下，证明了上述提出的降低槽电位的处理方法和技术措施是行之有效的，在实际应用中取得了理想的效果。

综上，通过对影响槽电位大小的各个因素和传统的安装工艺方法进行分析，提出了针对性的处理方法和技术措施，为今后处理水轮发电机定子槽电位超标等类似问题提供了可借鉴的成功经验。