兴隆水电站发电机定子绝缘故障发现及处理工艺过程

谭明虎

摘 要： 主要介绍兴隆水电站灯泡贯流式水轮发电机组定子绝缘问题的发现及其处理工艺过程了解，以利于电站运维人员熟练检修、保养设备，介绍定子试验标准及作用，利用实验准确判断设备故障，为以后保证发电机定子绝缘寿命运行中要注意的事项。

关键词： 灯泡贯流式水轮发电机组；吸收比；定子干燥；F级绝缘；预防性试验。

1、概述

兴隆水电站位于汉江下游江汉平原腹地潜江，属河床低水头电站，它是湖北省汉江兴隆水利枢纽的重要组成部分。兴隆水电站装有4台单机容量为10MW的灯泡贯流式水轮发电机组，设计水头4.18米，年平均发电量2.25亿千瓦时。2013年11月8日首台机组投产发电，2014年9月26日全面投入运行以来，2020年8月#2机组开始A级检修。

兴隆水电站设备技术参数如表1所示。

表1 技术参数表

型 号 SFWG10-80/6630	名 称 灯泡贯流式发电机
额定容量 11.11MVA 额定功率 10MVA 额定转速 75r/min 功率因数 0.9（滞后）	定子额定电压 10.5kV 定子额定电流 611A 额定励磁电压 200V 额定励磁电流 700A

表2 绕组技术要求数据

接法 Y	每相支路数 a=2
槽数 Z=384	相数 m=3
极数 2P=80	绕组节距 Y=4(1-5)
每极每相槽数 q=1+3/5	循环数序 21212

2、定子吸收比的介绍

在#2发电机大修定子拆除前、回装前，均要求对发电机定子用 2500V 的电子兆欧表测量其绝缘电阻，检测其绝缘性能。回装前在对定子清洗吹扫后进行测量，结果显示吸收比不合格。由于吸收比对绝缘受潮的反应特别灵敏，一般以它作为判断绝缘是否干燥的主要指标之一，所以需要对发电机定子进行干燥。

3、发电机定子干燥过程及故障发现过程。

（1）、干燥过程：本厂干燥时使用 600 型的直流电焊机，对定子进行短路加热恒温72 小时以上。加热过程中的注意事项：1、40℃以下时，温升每小时小于 5℃。40℃以上时，每小时温升不超过 8℃～10℃。3、预热至 75℃时，一般不小于 15～30h。以上三条注意事项主要是为了防止定子内部的铁芯和金属结构靠近绕组部分局部受热温升过快产生形变损坏，所以要安排专人对温度进行测量，根据温升情况合理控制电流大小。加热温度达到 75℃左右后，冷却至常温，再对定子进行绝缘电阻测量，合格后再进行直流电阻试验、直流耐压和泄漏电流试验，如果满足要求再进行交流耐压试验。

（2）、实际加热干燥后的测量数据吸收比均大于1.6. B 相：R15″=500MΩ，R60″=1000MΩ，R=R60″/R15″=2；考虑绝缘情况较好，直接对B相进行了直流耐压泄漏电流试验，对 B 相进行直流泄漏试验，用直流高压发生器稳步进行直流加压，0.5Ue泄漏电流从 6-100μA 呈非线性波动，当 1.5Ue 时泄漏电流随着时间异常增大， 远超过 20μA，同时发现一处线棒上端部伴有放电声音及小火光后停止试验， 将此处进行缠云母带处理后正常。将电压加至 1.7Ue 时出现一处新放电部位， 遂同样处理。将电压加至 1.9Ue，已处理部位无放电，但又出新放电部位，遂停止试验，对 2#机定子绝缘异常问题进行了初步的讨论分析。

认为 2#机定子线棒接头绝缘缠绕可能在安装时就存在缠绕力度不足的情况，同时 2#机定期清洗存在局部不到位的情况，这些都是可能导致以上问题的原因。因定子直流泄漏不满足规范要求，初步判断为线圈受潮或厂家出厂时线棒接头绝缘缠绕可能就存在缠绕力度不足的情况，工艺要求不满足。所以对 B 项闪络点清除原有绝缘材料并重新使用云母带、绝缘漆进行缠绕绝缘处理。再次进行了干燥加热。

（3）、实验前绝缘电阻试验：（GΩ）

测量部位、顺序		R15″	R60″	吸收比
		测量值	测量值
U	耐压前	0.820	4.1	5.0
W-V	（匝间）耐压前	1.5	7.0
V	耐压前	0.820	4.1	5.0
W-U	（匝间）耐压前	2.1	9.0
W	耐压前	0.81	3.8	4.63
U-V	（匝间）耐压前	1.6	7.5

（4）、直流电阻试验：

测量部位	阻值（mΩ）
	测量值
U1-U2	74.43
V1-V2	74.52
W1-W2	74.47
使用仪器：直流电阻测试仪

（5）、直流泄漏电流试验：

测量部位	施加电压（KV）及泄漏电流 I15″/I60″（μA）
	5.25KV		10.50KV		15.75KV		21.00KV		26.25KV
	I15″	I60″	I15″	I60″	I15″	I60″	I15″	I60″	I15″	I60″
U	6	2	5	2.4	6.7	3.0	7.0	4.2
V	5	1.9	5	2.2	7	2.6	7.0	3.8	10	7.2
W	5	1.8	6	2.2	7	3.2	8	4.3

在23kv 出现闪络，泄漏电流分别是 163μA、153μA。试验 A、C 相仍然不合格，判定绝缘不合格，决定对所有接头绝缘和接头焊接拆除重做。

4、定子绝缘处理步骤及工艺过程

（1）定子绕组的拆除与清洗

对定子的绕组所有接头绝缘和接头拆除，并使用带电清洗剂进行清洗。发电机定子属于有源零件，尽可能保持干净，尤其是固定片和转轴之间的线圈对表层的污染物非常敏感，这些表层污物会引起局部放电使电流穿过绝缘材料表面，会导致跳火，使发电机受到严重损坏，而发电机内部的污染物有三类，发电机内部的油污，其次集电环产生的碳尘，再就是风闸闸板磨损后产生的闸尘，因此只能用发电机定转子带电清洗剂，该清洗剂可以清楚以上三类污物， 并且挥发速度快，可以彻底溶解油污，又能够完全挥发无残留，对金属涂层饰面、绝缘覆盖漆、合金、耐熔性橡胶、塑料无害。

（2）、定子绕组焊接工艺

每个定子线棒有两个抽头，每个抽头由 8 根 2.5 ㎡截面为矩形导线组成，每相邻两个定子线棒组成一个接头，接头处一抽头的 8 根矩截面的铜导线分成向下垂直的两组，与另一根接头处的两组交错插接，并用铁丝捆扎牢固，用氧气焊内焰将磷铜银合金焊条加热到 700℃左右焊接。焊接注意事项：在接头的下方加垫阻燃材物，在阻燃物上并方置“L”铁板，主要是防止高温火焰损坏相邻绕组的绝缘。注意使用含银 17%磷铜银合金焊条，磷对插接头铜导线处的间隙具有很好的流动性和渗透性，可与确保 16 根铜导线的间隙填充，银是确保接头具有很好的导电性，铜主要增强接头处的机械强度。如图

（3）、接头绝缘处理工艺

所有绕组接头焊接好后加一层 189 型的绝缘漆，该绝缘漆为 F 级绝缘，一小时即可干固，然后 F 级的桐马粉胶云母带，在接头缠绕 16 层（规定 14 层即可）注意不要缠绕过紧，也不可太松，最后高阻半导体白色玻璃布带缠绕，缠绕完成后再上一遍 189 绝缘漆最后经过烘干处理。其中工艺如下图：

相间工艺过程：过桥线接头缠绕结束后用涤纶毡中间包一绝缘垫片，处理如下图：

最后再用高阻半导体玻璃布带固定，再上一遍 189 绝缘漆。如下图：

涤纶毡具有受热定形固化的特性，所以全部工序完后，需要加热干燥，加热如上述一此次干燥采用的是 ZX5-1000K 型直流电焊机，加热起到定形固化的，减少湿度，加强绝缘的作用。引出线与铜排空间距离大无需涤纶毡定形固化的工艺。

4、试验检测检修质量。

根据《电力设备预防性试验规程》 DL/T 596-1996 定子相关试验标准要求如下：

实验类型	试验通过要求	说明
绝缘电阻	2500V 兆欧表吸收比大于等于 1.6。	吸收比对绝缘受潮的反应特别灵 敏，所以一般以它作为判断绝缘

		是否干燥的主要指标之一
直流电阻	2.5Un 与交接试验测量值差值小于等 1%,0.5Un 分阶段升高，没接每阶段1min。	测量整个绕组的直流电阻，基本上能了解焊接头的质量状况。
直流泄漏电流和直流耐压	各项泄漏电流的差别不大于最小值的100%，最大泄漏电流 20uA 以下，且泄漏电流不随时间变化且泄漏电流不随时间变化。	是考核高压下的绝缘能力是否合格，非破坏性试验
交流耐压	大修后 2.5UnkV	是考核主绝缘耐压强度是否合格，属于破坏性试验

1、吸收比试验数据

相别	U-VW	V-UW	W-UV
40℃常温绝缘电阻 (R60″/R15″)	2440MΩ/640MΩ	2550MΩ/670MΩ	2450MΩ/670MΩ
比值	3.81	3.81	3.66

2、直流电阻试验数据

相别	U1-U2	V1-V2	W1-W2
40℃常温直流电阻	76.23mΩ	76.2mΩ	76.12mΩ
常温直流电阻	68.25mΩ	68.30mΩ	68.25mΩ

3、直流泄漏数据

测量部位	0.5Un		1Un		1.5Un		2Un		2.5Un
	5250V		10500		17500		21000		26250
	I15″	I60″	I15″	I60″	I15″	I60″	I15″	I60″	I15″	I60″
U	3.8uA	1.9uA	5.2uA	2.8uA	6.4uA	3.8uA	7.8uA	4.9uA	10.6uA	9.6uA
V	3.7uA	1.4uA	4.3uA	2.5uA	6uA	3.3uA	7uA	4.7uA	9.6uA	6.5uA
W	2uA	1.4uA	3.5uA	2uA	5.6uA	3.8uA	8.3uA	5.1uA	9.6uA	7.3uA

4、交流耐压试验

相别	U1-U2	V1-V2	W1-W2
2.5Un	耐压 1min 都未发生击穿

对照试验要求以上四个试验结果均符合,定子绝缘处理合格，通过实验要求，回装使用含有碳化硅（半导体材料，可使电场均匀分布、防止电晕现象）的红色覆盖绝缘漆喷涂，待油漆干后回装。

4、结束语

在此次#2机组发电机定子绝缘处理上来说。得出许多经验，在运行维护检修过程中应该加以注意。

4.1、由于机组内部的三大污物是影响机组定子绝缘的因素之一，所以日常维护要定期对发电定子处的碳粉要定期清理，发电机内部轴瓦有渗油、甩油现象，要及时处理，不可带病运行。机组需要长期备用时，为防止定子受潮绝缘下降，应该开启加热除湿装置，无加热除湿的，应该先要用摇表摇侧测转子绝缘合格后，在空载运行一段时间，利用转子自身发热除潮。

4.2、根据绝缘“6度法则”应加强机组定子温度监测，注意冷却水压，在额定负荷下时机组温度控制在合理范围内运行。

4.3、机组安装、检修应严格工艺要求，尤其定子绝处理应该按照规程规范要求执行，其决定了机组定子寿命和机组大修周期。

参考资料：《电力设备预防性试验规程》 DL/T 596-1996

《灯泡贯流式水轮发电机组运行检修规范》SL 576-2012

作者简介：谭明虎，（1988.04-）男，湖北宜昌人，大学本科学历，湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局，水利水电工程师；研究方向：水电站运行维护管理工作