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(xiàng)與加拿大電氣協(xié)會(huì)有關(guān)組織所贊助的對(duì)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(shí)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(gè)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(dòng))，或兩個(gè)線棒間焊接品質(zhì)不良。遺憾的是，現(xiàn)在要對(duì)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(jì)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(tái)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(duì)數(shù)以千計(jì)的電動(dòng)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(shí)存在電氣接觸不良的隱患。高的局放幅值是對(duì)近期制造的電機(jī)定子一個(gè)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(dòng)繞組松動(dòng)對(duì)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(gè)長期存在的問題。第一個(gè)被報(bào)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(shí)，如果線棒未被緊緊的固定在線槽內(nèi)，會(huì)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(dòng)。因此，主絕緣會(huì)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(huì)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?yàn)橐坏?dǎo)電涂層表面被磨損，局部放電就會(huì)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