发电机定子线棒磨损问题的分析及处理
鄢仁成
(浙江省温州市珊溪水力发电厂，浙江省温州市 325304)
摘 要：珊溪电厂2号水轮发电机组A修中发现定子线棒磨损，文章并对线棒磨损原因进行了分析，并详细介绍了定子的修复过程和试验结果。 关键词：水轮发电机、定子线棒、磨损、修复
Abstract: Wear of stator bar of No. 2 hydro-generator unit is found in the Overhaul.The paper
discuss wear reasons of stator bar. Repair process and test method for stator bar are illustrated in detail.
key word : hydro-generator; stator bar; wear; analysis; repair
珊溪水力发电厂位于浙江省文成县境内的飞云江干流中游河段，距温州市117公里,电厂装机4×50MW，混流式发电机组，由220KV系统接入浙江电网，由于其地理位置的重要性，担负着浙江电网调峰、调相及事故备用任务。
2010年10月，珊溪电厂2号机组A修期间，在对发电机定子进行例行检查和清洗时，发现部分定子上挡风板与线棒上端周围的表面有烧灼迹象，烧灼部位呈现白色，而且线棒上还附有少量淡黄色油泥状和粉状的物体，如图1所示。
定子线棒的是发电机的关键部件，除定期预防性试验外，发电机内部异常情况在A修外是很难直接发现的，因此，珊溪电厂并没有把这异常现象简单的定性为油污和粉尘，而充分利用好A修机会，仔细检查发电内部情况，深入查找内部可能存在的异常。
图1 定子线棒异常现象
1 水轮发电机概况
珊溪电厂水轮发电机型号为SF-J50-24/6200，铁芯外径为6200mm，定子由机座、铁芯、
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线圈、端箍、铜环及基础螺杆等部件组成。定子机座由二辨组成，现场组装成圆形整体。定子机座固定于混凝土基础，机座与基础板、定位销、固定螺栓符合厂家规定的各种情况的位移要求和应力承受，定子绕组由安装单位在现场立式嵌线，定子绕组采用分支绕组，定子共342槽，双Y形接线，绝缘等级为F级。
水轮发电机定子采用全封闭双路径循环空气冷却系统。运行时，发电机内部的空气在转子支架、磁轭、磁极等部件旋转而形成的压力作用下，通过空气间隙、定子铁心、定子机座和空气冷却器冷却后，流经定子机座的上下两端返回到转子支架，如图2所示。端部安装挡风板目的是为了减少定子端部冷风风量、风压的损失，提高发电机端部的冷却效果。上下端部挡风板各由15段搭接起来，挡风板与线棒之间使用Φ12绑扎带直接捆绑。
图2 水轮发电机组定子冷却示意图
1 定子线棒磨损评估及原因分析
对线棒上的附作物进行检查，发现油泥状的物体附有少量油渍，而粉状的物体则较为干燥，上挡风板与线棒上端部的绑线有部分松驰，出现缝隙，接触部分有磨损现象。拆除上下端部挡风板进一步检查，发现在上挡风板通风口处有大量的附着物，线棒受损严重部位磨损了2.0~3.0mm，呈阶梯状。经统计和比对，缺陷主要集上层线棒端部，两段挡风板搭接部位尤为严重，如图3所示。从检查情况来看，定子线棒磨损严重，若不进行处理，继续长时间运行
必将造成定子线棒因过重磨损而发生发电机绝缘击穿事故，由于检查仔细、深入，珊溪电厂避免了一次定子绝缘事故。
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图1 被磨损的定子线棒（拆除挡风板后）
对线棒上淡黄色油泥状物体进行取样分析，分析结果表明其主要成份为硅、碳、钙等化学物质，基本为制动闸材料和绝缘材料。
在对定子用带电清洗剂清洗干净后，对线棒进行仔细检查，线棒其他部位未发现电晕痕迹（如果线棒其他部位产生电晕现象的话，槽内电晕会使线棒受到电腐蚀，使绝缘产生针孔，槽外电晕会使线棒龟裂，而现场检查均未发现线棒有针状孔和龟裂现象）。
通过上述检查分析，认为线棒磨损的主要原因有以下两点：
1）、发电机定子线棒在长期运行过程中，由于定子线棒的电流和槽内横向磁场的作用，使槽内线棒产生径向电磁力，定子绕组端部长期受到双倍周波频率振动作用，再加上线棒和挡风板之间为直接接触，两者产生相对摩擦，长年运行的累积效应造成定子线棒磨损，形成放电间隙，并产生电晕粉末。
2）、发电机上下导油槽运行中存在甩油现象和制动闸板制动过程中产生粉尘较多，导致发电机内运行环境差，油泥较多，易使线棒发生电腐蚀。同时定子风道中吸附油污脏物，严重阻碍了定子的散热效果。
分析上述原因，线棒与挡风板之间的直接接触是造成线棒磨损的内在因素，而不良运行环境加速了电腐蚀的形成。珊溪机组线棒磨损成因给我们提示，作为重要机电设备，设计、安装工艺上一点缺陷在长期运行的累积效应下，也将造成严重后果，部分缺陷在交接试验时发现不了，但经长期运行后，由于受到热、机械、电和化学等因素的长期作用，这些缺陷将成为机组最薄弱环节，并在运行中或预防性试验中将逐渐暴露出来。因此，在机组每次的检修和试验中，对于主设备上发现的问题，即使是小问题，也要彻底处理，不能留任何隐患。
2 发电机受损定子的修复
对于发电机受损线棒的处理通常有两种方案：一是将受损线棒更换，二是对受损线棒损伤的绝缘进行修复。由于此次线棒是主绝缘层磨损，同时根据电厂线棒备品情况，决定对损伤严重的线棒进行更换，并对定子运行环境进行优化，防止再次发生线棒主绝缘磨损。
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对于发电机定子受损线棒，我们采取以下几个步骤进行修复：更换线棒的确认、新线棒的单根试验、故障线棒的取出、对剩余线棒进行电晕试验和槽电位测试、新线棒的下线、定子线圈接头焊接、定子线圈接头绝缘包扎、对定子全面检查清扫、定子整体试验、机组升流升压试验。
1）、更换线棒确认
根据现场线棒磨损情况和整机起晕试验来确定线棒的根数，以起晕试验数据优先考虑。针对本次线棒磨损情况，经专家讨论分析和现场试验，最终确定了35根受损严重的上层线棒。
2）、新线棒单根试验
拆除定子线棒备品防护带，用干净棉布擦净表面，再用浸有无水酒精的棉布擦线棒表面。在密闭房间内采用浴霸直接烘干线棒，温升速率不超过15℃/h，升至90℃后保温12h。降温时，降温速率不超过10℃/h。线棒温度恢复室温后，用2500V兆欧表摇绝缘电阻不低于5000MΩ；单根线棒起晕试验，起晕电压不低于1.5Un;交流耐压试验（2.75Un+2.5）。单根线棒试验结果全部合格方可安装，若线棒绝缘电阻偏低，需再次烘干后进行试验。
3）、故障线棒取出
针对本次35根受损线棒先做好记号与防范灌注胶飞溅措施，然后逐个拆除固定它们的绑扎带，打掉线棒上下端的绝缘盒，再拆除固定线棒的槽楔，最后取出线棒。
4）、剩余线棒进行电晕试验和槽电位测试
对留在槽内的剩余线棒进行了绝缘电阻、泄漏电流测试和直流耐压试验（2.5Un）、交流耐压试验(1.6 Un+2.4kV)，试验合格。按照GB/T8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》中“整机耐压试验时，在1.0倍额定线电压下，端部应无明显的金黄色亮点和连续晕带”的要求，采用“在黑暗环境条件下目力观察法”，在1.3倍相电压（额定线电压10.5KV）下对定子线棒进行试验，A、B、C三相均未发现桔黄色亮点或白色和蓝色光存在，试验结果表明线棒无放电痕迹。三相耐压试验（1.6倍Un16.8KV）耐压时间1min通过。槽电位测试不大于10V。剩余线棒均符合要求，当全部试验合格后，确定剩余线棒符合继续运行标准。
5）、新线棒下线
新线棒下线时上下端部与已装线圈高度一致，上下层线棒接头错位不大于5mm，前后距离偏差在并头套长度范围内，线圈在槽内单侧间隙不大于0.3mm，长度不大于100mm，用槽楔将线棒固定牢固。
在下线工艺方面我们重点加强三个方面的质量管理：○1、加强线棒下线过程中，槽内半导体垫条、槽楔的紧密性检查和处理；○2、加强线棒固定、端部绑扎的质量管理；○3、在绑环、垫块与线棒间衬垫合适厚度的涤纶毡，防止硬接触磨损线棒绝缘。
线棒端部防晕处理及喷漆防晕采用半导体材料低阻漆，将配制好的低阻漆喷在清理后的线棒表面，在喷半导体环氧树的过程中要防止半导体材料流至铁心及齿压板上。
6）、定子线圈接头焊接
定子线棒接头焊接采用银-铜钎焊，焊接过程要对焊接线棒及相邻线棒两侧的绝缘部位用干燥的石棉布进行可靠的绝缘隔热保护，同时要防止金属粉和焊液流出烧坏线棒、或掉进定子铁心和绕组中。做完准备措施后，用铜银焊机的炭精块对准待焊部位，同时在线棒和炭精块之间各放一片银焊片，用气压夹头夹紧。确认好位置后，打开冷却水、电源开关进行焊
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接。在焊接过程中严格控制电流接通时间（要求通电不超过1min），直至银焊片熔化，在线棒接头焊透后，用银焊条对焊缝表面进行焊料补充，焊接结束后用压缩空气进行冷却，待焊接冷凝温度回落到130℃才拆开夹钳。接头焊后及时进行清理，不许有焊渣存在，对焊好的接头进行检查，要求表面光滑，无棱角、气孔及空洞。接头焊后冷却到常温时测量直流电阻，直流电阻不要超过10uΩ,最大值与最小值之比不大于1.2倍。
焊接过程中尽量减少热应力对定子线棒固定造成的损伤。从而降低残留热应力对定子线棒固定的损坏。在保证引线头间距的同时，也兼顾定子线棒端部间隙，使之符合图纸要求。当两者有矛盾时，优先保证端部间隙，同时通过校形保证引线头间距。在引出线接头焊接完成后，采用云母带和玻璃丝带包扎焊接接头。接头绝缘的包扎与引出线原有绝缘的搭接最小长度大30 mm。绝缘包扎采用半叠包形式，浸渍过的云母带包扎层数14层，包扎过程中需不断涂抹环氧树脂，并不断将层间的空气挤出，在云母带包扎完成后需在外部包扎3层玻璃纤维带加以固定。
7）、定子线圈接头绝缘包扎
绝缘盒灌注环氧树脂前进行环氧树脂填充料的配比试验，检查树脂的固化情况。树脂开始固化时间为8 h，完全固化时间为48 h。确定配比试验合格后可灌注。
1、将绝缘盒内的表面用棉纱和酒精擦净，放在烘箱预热，使绝缘盒没有潮气；○2、○
做好线棒清洁，用胶布做好保护作用，防止灌注胶和清理固化后溢出的残胶；○3、调整好绝缘盒的位置，使线棒处在绝缘盒的中间，同时用千斤顶托平绝缘盒的位置；○4、灌注时分二次灌注，第一次注入少量胶，注满盒底即可，同时注意盒下端的渗漏，待灌注胶基本固化后再进行第二次灌胶，盒满为止。浇灌饱满、无气泡、无分层及裂纹。
8）、定子全面检查清扫
用带电清洗剂对定子、转子的通风沟进行全面清扫，包括转子支架内的进风槽口。 9）、上下挡风板安装和线棒端部绑扎
此次发电机定子线棒磨损最严重为两段挡风板搭接部分，修复时对于挡风板搭接部分采用了两段挡风板的末端重叠搭接，并在挡风板和线棒之间加垫合适厚度的涤纶毡垫片，以减少在运行中相互磨擦。再采用Φ8绑扎带绑扎，最后涂刷环氧树脂进行固化。在绝缘支架与过桥引出线之间也增加绝缘材料适形涤纶毛毡垫片，以减少绝缘支架与过桥引出线之间的相互磨擦。
线棒端部的绑扎线棒端部绑扎包括：线棒斜间垫块绑扎、上层线棒上端支撑块绑扎、端箍环绑扎、端箍环注胶等。用Φ12绑扎带绑扎，绑扎采用半叠包的形式，每个楔子块绑扎3道，绑扎过程中尽量减少接头，并将接头压至Φ12绑扎带下。绑扎完成后在Φ12绑扎带外涂刷环氧树脂进行固化。固化后在定子表面喷188红瓷漆，对定子进行美化覆盖。
图3为修复后的定子线圈。
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