水輪發(fā)電機(jī)定子線圈

1、水輪發(fā)電機(jī)定子線圈采用環(huán)氧云母絕緣制成的新式大型水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的預(yù)期壽命是50年以上[1]。最近一項與加拿大電氣協(xié)會有關(guān)組織所贊助的對新式和老式絕緣系統(tǒng)的全球調(diào)查顯示定子繞組在重新繞制前可正常運(yùn)轉(zhuǎn)50年[2]。但有一些跡象表明，在過去十多年所生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)壽命是無法達(dá)到50年的。決定定子繞組壽命的關(guān)鍵因素是被使用作為隔離高電壓銅導(dǎo)體及定子鐵芯的電氣絕緣。比起定子繞組內(nèi)其他的組成材料如銅或鋼絕緣材料有較低的熔點(diǎn)和較弱的機(jī)械強(qiáng)度。結(jié)果是，

2、隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時間的增長絕緣是最有可能發(fā)生老化及惡化，最終導(dǎo)致接地故障。另一個可能出現(xiàn)故障的是銅導(dǎo)體特別是線棒沒有被牢靠的固定在線槽內(nèi)(因此產(chǎn)生振動)，或兩個線棒間焊接品質(zhì)不良。遺憾的是，現(xiàn)在要對過去十年所生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)定子繞組的預(yù)期壽命有相同或較低穩(wěn)定度的統(tǒng)計進(jìn)行證明還言之過早。然而在線局放測試[3]已被世界各地的發(fā)電公司采用偵測發(fā)電機(jī)運(yùn)行中定子繞組可能發(fā)生的絕緣問題和連接問題。在說明近期水輪發(fā)電機(jī)的故障現(xiàn)象前，從數(shù)千臺電機(jī)上采集的局放數(shù)據(jù)與

3、老舊機(jī)組比較后，顯示了定子繞組問題似乎是過去十年中較普遍發(fā)生的故障。最后討論發(fā)電公司如何確保定子繞組的長期壽命。局放量大小與電機(jī)制造年代的關(guān)系在對數(shù)以千計的電動機(jī)和發(fā)電機(jī)所采集的在線局放數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)一些電機(jī)制造廠在過去十年所生產(chǎn)的電機(jī)定子繞組的局放量超過他們10年前所生產(chǎn)的電機(jī)定子繞組的局放量[4]。例如圖1顯示位于歐洲、北美和日本的大型電機(jī)制造商在不同年代生產(chǎn)的定子繞組局放量與生產(chǎn)年代的關(guān)系。這些電機(jī)包含了1315kV的空冷型機(jī)組。

4、這一數(shù)字顯示，四家電機(jī)制造廠于2003年所出廠電機(jī)的局放量比1995年前出廠的電機(jī)局放量明顯高出許多。而高的局放量通常代表了定子繞組絕緣正快速老化同時存在電氣接觸不良的隱患。高的局放幅值是對近期制造的電機(jī)定子一個值得關(guān)心的客觀資訊。圖三：顯示了因半導(dǎo)體涂層的涂抹工藝不當(dāng)引起的局放及臭氧，破壞線槽內(nèi)線棒的表面涂層。槽楔已被取下，圖片中白色的區(qū)域顯示了涂層已消失。定子槽內(nèi)的繞組松動繞組松動對于采用熱固化絕緣系統(tǒng)（如環(huán)氧云母）的定子而言一直是

5、個長期存在的問題。第一個被報導(dǎo)的實(shí)例發(fā)生于50年前[1、5]。故障問題的根源是電機(jī)在滿載運(yùn)轉(zhuǎn)時，如果線棒未被緊緊的固定在線槽內(nèi)，會有相當(dāng)于二倍電源頻率的電磁力施加于線棒上，使其在槽內(nèi)產(chǎn)生運(yùn)動。因此，主絕緣會與如銼刀般的鐵芯相摩擦。首先線棒或線圈表面的半導(dǎo)體涂層會被磨蝕掉緊接著是主絕緣受損。這種故障通常稱為槽內(nèi)放電，因為一旦導(dǎo)電涂層表面被磨損，局部放電就會在線棒表面和鐵芯間的空隙產(chǎn)生進(jìn)一步加速絕緣的惡化。圖四顯示了正在從槽內(nèi)取出的一根定子