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白山水電廠水輪發(fā)電機絕緣降低原因及處理方法

文檔作者：項德志張寶源孔繁臣文檔來源：東北電網(wǎng)有限公司松江電站工程建設(shè)局		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月19日
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2010年第1期
2010 Number l
水電與新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
總第87期
Total No。87
文章編號：1671—3354(2010)01—0036—03
白山水電廠水輪發(fā)電機絕緣降低原因及處理方法
項德志，張寶源，孔繁臣
(東北電網(wǎng)有限公司松江電站工程建設(shè)局，吉林吉林134500)
摘要：運用溢出電位法準(zhǔn)確地判明定子端頭盒絕緣缺陷，找出水輪發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子繞組絕緣擊穿和下降的原因，并提出
了有效的處理方法。
關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機；絕緣降低；受潮；粉塵；溢出電位
中圖分類號：TM934．3l 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
Treatment to insulating capacity drop of hydrogenerators
of Baishan Hydropower Plant
XIANG Dezhi，ZHANG Baoyuan，KONG Fanchen
(Songjiang Hydropower Station Engineering Construction Bureau，Northeast Power Grid Corp．Ltd．，Jinlin 134500，China)
Abstract：The defects of end—node insulating boxes of the hydrogenerator stator of Baishan Hydropower Plant are ascertained
accurately by means of spillover electric potential，the causes why the winding insulating of hydrogenerator stator
and rotor is breaked and droped are found out．a(chǎn)nd the effective treatment measures are proposed．
Key words：hydrogenerator；insulating capacity drop；moistened；dust；spillover electric potential
1 問題的提出
白山電站一期3臺300 MW水輪發(fā)電機組布置于
地下式廠房內(nèi)，自1983年末第一臺機組投產(chǎn)發(fā)電以來
發(fā)電機相繼出現(xiàn)了18次預(yù)防性試驗絕緣擊穿和絕緣
電阻降低的故障。對絕緣故障按其性質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計：預(yù)
防性試驗擊穿6次，絕緣電阻降低12次，定子尤其是
轉(zhuǎn)子絕緣受潮故障占絕緣故障總數(shù)的75％。而且定
轉(zhuǎn)子的絕緣受潮的故障多發(fā)生在機組大小修后，或機
組長期處于備用狀態(tài)時，使機組不能如期或隨時投入
正常運行。對于300 MW的水輪發(fā)電機定轉(zhuǎn)子進(jìn)行干
燥的難度大，過程復(fù)雜，干燥時間長，因此絕緣受潮的
故障對安全生產(chǎn)影響很大。
2耐壓過程絕緣擊穿原因
按《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定：發(fā)電機顯極
收稿日期：2009—09—03
作者簡介：項德志，男，工程師，從事水電站運行與管理工作。
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式轉(zhuǎn)子大修時，其轉(zhuǎn)子繞組交流耐壓試驗電壓為5倍
勵磁電壓，不大于2 000 V，試驗電壓取2 000 V，耐壓
時間為l min，其峰值電壓2 828 V，高于勵磁系統(tǒng)非線
性電阻滅磁電壓最高值2 800 V。
白山電站300 MW水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子額定勵磁電
壓515V，總體絕緣耐壓標(biāo)準(zhǔn)為工頻3 500 V，持續(xù)
1 min，單個磁極耐壓水平為工頻5 500 V持續(xù)1 min。
試驗電壓低于絕緣設(shè)計電壓，不應(yīng)該出現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組絕
緣擊穿故障，4次耐壓均未超過規(guī)定值，最低1次
160 V，磁極卻被擊穿了，說明磁極本身絕緣存在問題。
拔下磁極發(fā)現(xiàn)，磁極本體臟污，磁極線圈、鐵芯及絕緣
上布潢了粉塵、油污，鐵芯(地)與線圈間的粉塵、油污
構(gòu)成爬電通道，耐壓時磁極絕緣被擊穿。粉塵是機械
風(fēng)閘在制動發(fā)電機摩擦過程中的生成物，是一種含有
銅絲粉成分的黑色混合物，粉塵和油污在相對濕度較
小時阻值較高，當(dāng)環(huán)境濕度增大時，其阻值明顯降低。
萬方數(shù)據(jù)
項德志，等：白山水電廠水輪發(fā)電機絕緣降低原因及處理方法2010年1月
3轉(zhuǎn)子絕緣受潮原因
發(fā)電機轉(zhuǎn)子受潮大都發(fā)生在6～9月的多雨季節(jié)，
此時地下廠房濕度較大。在這段時間內(nèi)，廠房內(nèi)溫度
一般在20—26℃之間，機組冷卻水溫度6～10。(2(取自
水庫底部)，冷卻水溫度低于廠房內(nèi)溫度，溫差及濕度
較大的空氣使得發(fā)電機冷卻水管路發(fā)電機冷風(fēng)器結(jié)
露，發(fā)電機定轉(zhuǎn)子繞組所處的環(huán)境濕度很大。由于水
輪機組發(fā)電機部分密封不嚴(yán)，故潮濕空氣能夠進(jìn)入發(fā)
電機內(nèi)部。潮濕空氣能夠進(jìn)入風(fēng)洞，遇到發(fā)電機冷風(fēng)
器嚴(yán)重結(jié)露。由于設(shè)計、施工的問題，致使下風(fēng)洞排水
不暢，個別冷風(fēng)器下部積水達(dá)5—10 mm，機組運轉(zhuǎn)時
各部發(fā)熱使下風(fēng)洞內(nèi)溫度升高，積水蒸發(fā)，待機組停機
備用或小修時，溫度下降，濕度加大，停機時間越長
(檢修或備用)，濕度越大，絕緣越容易受潮。此外，發(fā)
電機內(nèi)部的粉塵濕度增大，其導(dǎo)電能力越強，加速了絕
緣受潮的速度。
4發(fā)電機定子繞組絕緣下降原因
(1)發(fā)電機定子繞組線棒主絕緣采用環(huán)氧粉云母
帶連續(xù)包扎，厚度達(dá)5．25 inln，端部用并頭套連接選用
外部用絕緣盒進(jìn)行絕緣，絕緣盒內(nèi)灌注環(huán)氧樹脂。這
種黃色絕緣的絕緣強度是很高的，應(yīng)該出現(xiàn)絕緣電阻
到零的現(xiàn)象，在歷年機組大修過程中對外觀檢查，發(fā)現(xiàn)
端頭絕緣盒裂紋18個。肉眼不容易看到的用溢出電
位法檢查(溢出電位試驗接線圖)，在直流試驗電壓
18 kV下，溢出電位l kV以上的絕緣盒一共76個，在
每個機組中有不同程度的存在，其中環(huán)氧裂紋最高電
位達(dá)7 kV。
溢出電位的試驗接線原理如圖1和圖2所示。
如圖2所示，當(dāng)發(fā)電機上機架和轉(zhuǎn)子吊出后，在定
子繞組端接頭絕緣盒周圍用手工包一層錫鉑紙，為使
錫鉑紙貼緊絕緣盒，在錫鉑紙周圍扎1條橡皮筋。用
直流高壓發(fā)生器對定子繞組(定子繞組三相短接)加
直流電壓18 kV，讀取泄漏電流，然后通過計算得出溢
出電位。利用公式U=IR，當(dāng)u超過1 kV時為不合
格。即為加快試驗速度，試驗時可先把絕緣盒用錫鉑
紙逐一包好20—30個，然后逐一試驗。
絕緣棒內(nèi)有電阻
絕
定子繞組
圖1試驗電路
直流電壓18kV
圖2試驗線棒
正是由于定子繞組線棒端頭盒出現(xiàn)環(huán)氧裂紋和小
孔及堆積在其間的粉塵及油污，構(gòu)成了潮濕空氣通過
絕緣的通道，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣的降低。
(2)小孔及裂紋產(chǎn)生的原因。在灌注絕緣填料
時，很多地方的氣泡都因空間太小而排不出來，造成絕
緣盒內(nèi)部有很大的氣隙(或氣泡)。接頭盒絕緣填料
固化劑配置過多會造成絕緣填料固化時間短，且絕緣
變脆、變硬，失去彈性，受振動或打擊時容易破裂。線
棒接頭焊接不良造成接觸電阻增大。根據(jù)Q=fRt，在
額定電流下，接觸電阻增大的接頭會局部發(fā)熱，如此長
期運行，絕緣材料便會逐漸熱老化。熱老化的象征大
多為絕緣顏色逐漸變?yōu)榻购?，失去彈性，變硬、變脆，發(fā)
生龜裂，機械強度降低，嚴(yán)重者受振動即剝裂。
5處理方法
(1)降低空氣濕度，改善發(fā)電機的運行環(huán)境。白
山發(fā)電廠發(fā)電機采用封閉雙路徑向通風(fēng)系統(tǒng)，考慮到
37
萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源2010年第1期
廠房冬季取暖問題，在下風(fēng)洞外墻開有對流的冷熱風(fēng)
對流孔，在多雨季節(jié)采取發(fā)電機密封措施，關(guān)閉所有冷
熱風(fēng)孔，封閉下風(fēng)洞門，盡量減少發(fā)電機內(nèi)部與外部的
對流，減少潮濕空氣進(jìn)入。同時在風(fēng)洞周圍安裝了8
臺吸濕機，每臺吸濕機名義除濕量128 L／d，30℃，濕
度80％，(即環(huán)境溫度為30℃、相對濕度為80％時每
日吸除水容積為128 L。當(dāng)環(huán)境濕度大于45％時開始
除濕，濕度為40％時停止除濕。其吸出的水分通過封
閉管路排至水車室內(nèi)，使發(fā)電機的運行環(huán)境有了明顯
的改善。三峽發(fā)電廠采用了4臺7．5 kW的熱風(fēng)機，
小浪底發(fā)電廠采用了8臺3 kW石英管發(fā)熱器布置在
下風(fēng)洞周圍，應(yīng)該說能夠滿足發(fā)電機干燥的需要。但
發(fā)電機環(huán)境溫度過高會加快發(fā)電機絕緣的老化，因此
我們沒有采用上述直接加熱的除濕方法。
(2)減少油污粉塵對發(fā)電機的污染。水輪發(fā)電機
電氣制動系統(tǒng)投入使用，該系統(tǒng)設(shè)置了電氣制動、機械
制動和機電混合制動3種制動方式，現(xiàn)場可以靈活運
用。正常情況下，在機組停機轉(zhuǎn)速降低到50％時投入
電氣制動，轉(zhuǎn)速降到10％時投入機械風(fēng)閘制動，減少
了風(fēng)閘與轉(zhuǎn)子制動環(huán)摩擦的時間和相對速度，發(fā)電機
內(nèi)部粉塵量明顯減少，運行環(huán)境得到了改善。現(xiàn)正在
研究對風(fēng)閘進(jìn)一步改造，在風(fēng)閘的閘板周圍設(shè)置一圈
封閉的毛刷帷幕，將僅有的風(fēng)閘粉塵限制在風(fēng)閘內(nèi)的
空間，并由粉塵吸儲裝置對其進(jìn)行回收。
白山發(fā)電廠發(fā)電機為懸式機組，上導(dǎo)油箱位于發(fā)
電機內(nèi)，因此油箱內(nèi)的透平油揮發(fā)的氣體便附著在轉(zhuǎn)
子磁極和定子線棒上，和粉塵黏著在一起加劇了定、轉(zhuǎn)
子的臟污程度，加快了絕緣的老化速度。將油箱周圍
進(jìn)行封閉，兩端留有進(jìn)出空氣的管道，一端吹入潔凈的
空氣，另一端將帶有油氣的空氣帶走，并由油霧吸收裝
置進(jìn)行回收。這一方案正在實施中，如圖3所示。
(3)恢復(fù)和加強發(fā)電機的絕緣處理。利用機組擴(kuò)
大性大修吊出轉(zhuǎn)子的機會，對定、轉(zhuǎn)子進(jìn)行徹底清掃，
用環(huán)氧樹脂涂抹轉(zhuǎn)子絕緣薄弱處。對于圍帶與轉(zhuǎn)子繞
組間的縫隙，用環(huán)氧膩子封死易構(gòu)成爬電的通道。
對于定子接頭盒，根據(jù)試驗結(jié)果，溢出電位超過
1 000 V的用扁鏟逐一將其鏟掉。此過程須注意：鏟除
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轉(zhuǎn)軸
潔凈空氣
密封革上導(dǎo)油箱
圖3凈化透平的揮發(fā)氣體的方案圖
絕緣盒時不要損壞線主絕緣及線棒接頭處銅條。對于
繞組下端部絕緣盒，可直接填料稍固化后將固定板取
下即可。但對于繞組上端絕緣盒則應(yīng)將其套入線棒接
頭后調(diào)正，用環(huán)氧膩子對其底部開口進(jìn)行封堵，固化后
即可進(jìn)行絕緣填料灌注，一般分3次灌注。第一次對
每一絕緣盒灌注8—10 mm厚，視其不漏并稍許固化
后再進(jìn)行第二次和第三次灌注，直至灌滿每一絕緣盒。
灌注時注意速度不能太快，以使盒內(nèi)氣泡慢慢排出。
絕緣填料的配比嚴(yán)格按照說明書執(zhí)行。
當(dāng)絕緣盒內(nèi)絕緣填料灌注完畢并經(jīng)過約1 d時間
固化后，就可進(jìn)行修補。對于上端部絕緣盒則用環(huán)氧
膩子填補并稍有凸起(用環(huán)氧膩子填補替代絕緣盒蓋
子)，注意不應(yīng)留有縫隙，邊角稍有圓弧過渡，對于下
端部絕緣盒則用環(huán)氧泥填補成過渡圓弧過渡到線棒根
部。處理后的絕緣盒經(jīng)過2～3 d，等絕緣填料完全固
化后即可進(jìn)行試驗，按溢出電位試驗方法對每一處理
過的絕緣盒進(jìn)行試驗。試驗合格后，為了檢查整體繞
組在絕緣盒的處理過程中是否有損壞，則可視現(xiàn)場情
況對每相定子繞組進(jìn)行2倍或2．5倍額定電壓的直流
耐壓和2．0倍交流耐壓試驗，全部試驗合格后噴上發(fā)
電機絕緣漆。
6結(jié)語
通過上述方法，使發(fā)電機內(nèi)部粉塵基本能夠得到
根治，濕度也可以降低到規(guī)定值，保證了機組的安全運
行。此方法不僅適用于白山發(fā)電廠地下廠房的發(fā)電機
組，同時對其他地下廠房和多雨地區(qū)的發(fā)電機組同樣
適用。

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