水轮发电机定子线棒故障处理方法
【专利摘要】本发明涉及水轮发电机领域，即水轮发电机定子线棒故障处理方法。其包括：改造发电机冷却系统。对发电机定子铁芯温度过高的处理。改造定子绕组。改善发电机运行环境。经过对发电机定子线棒故障的原因分析，所采取的各项对策后，目前发电机运行情况良好，尤其是定子绕组的温度明显下降。这样即提高了发电机稳定运行程度，也提高了发电机的出力，增加了经济效益。
【专利说明】水轮发电机定子线棒故障处理方法
[0001]
【技术领域】
本发明涉及水轮发电机领域，即水轮发电机定子线棒故障处理方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，我国水力发电发展已进入大机组，高电压、自动化阶段。但是，大量现有机组已逐渐接近或达到使用寿命。为了进一步提高能源利用率，对现有机组的改造引起了人们的高度重视。
[0003]一、事故原因分析
1、冷却系统散热能力不足现电站发电机的冷却系统采用在定子铁芯外侧安装水冷却器，利用水冷却器来降低机组内空气温度，即空冷式发电机。
[0004]发电机在运行时定子线棒中流过交流电流而产生热量，该热量要通过定子铁芯散发出去，若冷却系统散热能力不足，将会引起定子铁芯的温度升高，定子铁芯的温度升高造成定子线棒的温度进一步升高，这对线棒绝缘是很不利的。若长期运行，将会使定子线棒绝缘过早老化而发生故障。故对冷却系统散热能力不足的原因分析如下:
(I)由于冷却水温、水量影响，冷却水质不干净，冷却水管被堵塞等原因，造成冷却器温度升高。
[0005]( 2 )冷却器温度升高，铁芯内部散热不够，造成热量积累。
[0006](3)定子端部气流量较小，加上冷却器温度升高等因素，使定子端部冷却条件差。
[0007](4)冷却器表面脏污，降低了冷却效果。
[0008]2、发电机定子铁芯温度过高定子铁芯温度过高不仅会使硅钢片绝缘碳化而短路，而且会使定子线棒绝缘烤焦而脆化，从而造成定子线棒绝缘故障。故对发电机定子铁芯温度过高的原因分析如下:
(O发电机在运行中定子铁芯产生的损耗主要有:铁芯中的磁滞和涡流损耗；高次谐波磁场通过铁芯表面引起的表面损耗；铁芯齿和槽引起的脉振损耗等。由于多种损耗的作用而产生的热量造成定子铁芯温度过高。
[0009](2)定子铁芯的端部，在发电机运行中由于存在很强的漏磁通，致使铁芯端部的几个叠片组以及端部其他部件产生很大的涡流，造成定子铁芯局部温度过高。
[0010](3)定子铁芯局部缺陷，如:硅钢片局部松动、锈蚀、表面有划痕等，在发电机运行时有缺陷部分的铁芯将会由于涡流损耗过大而引起铁芯局部过热。
[0011](4)发电机冷却系统散热能力不足以及定子铁芯表面有油污和灰尘的堆积，造成铁芯温度过高。
[0012]3、机械力和电磁力作用加剧绝缘破坏发电机定子线棒在运行中一旦松动，在机械振动和电磁振动作用下会使主绝缘磨损，造成线棒绝缘损坏引起短路和接地故障。
[0013]当发电机及短路时，定子线棒端部受到很大的电磁力:
(O作用于定子线棒端部和转子励磁绕组端部之间的电磁力F1，由于短路时电枢磁势基本上是去磁的，故定子线棒和转子励磁绕组中的电流方向相反，该电磁力将趋向于使定子线棒端部向外张开。
[0014](2)定子线棒端部电流建立的沿定子铁芯端面闭合的漏磁通，导致定子线棒端部与定子铁芯之间的吸引力F2。
[0015](3)作用于定子线棒端部各相邻导体之间的力F3，其方向取决于两导体中的电流方向，若两导体中的电流方向相同，则F3为吸引力，反之为斥力。
[0016]根据上述受力分析，机组线棒振动最剧烈的部位是线棒的端部，使得线棒的槽口段破坏加速，在槽口发生事故的机率比槽内大得多。因此，可以很好的解释为什么事故多发生在线棒槽口。故对发电机定子线棒松动的原因分析如下:
(I)线棒、槽楔及槽内各间隙填充的半导体垫条长期处于高温运行中，逐渐劣化。
[0017](2)长期的局部放电造成绝缘层及垫条的收缩和劣化。
[0018](3)发电机在运行中，受到机械力和电磁力作用造成线棒在槽内松动。
[0019](4)发电机检修时，在更换槽楔和槽内垫条时的施工工艺不良，使垫条与线棒之间产生间隙。
[0020]4、发电机在运行中定子线棒电晕、电腐蚀的影响发电机在运行过程中，处于交变电场中的绕组绝缘在电场的作用下，将产生局部放电及槽内放电现象，导致绝缘的电气机械性能劣化。在发生局部放电的气隙内，使胶粘剂碳化，造成股线松散，股间短路；使主绝缘局部过热而热裂解，严重损伤主绝缘，导致绝缘老化。气隙内气体的局部放电，大量的高能带电粒子(电子和离子)高速碰撞主绝缘，造成主绝缘的机械强度降低。气体放电游离时产生臭氧。臭氧是一种强氧化剂，很容易使主绝缘材料发生臭氧裂解；并且臭氧与氮化合生成氮氧化合物，再与气隙中的湿气作用生成硝酸。酸对绝缘产生腐蚀作用，导致绝缘老化。
[0021]定子线棒在运行中产生的电晕现象主要有三种:线棒内部电晕、槽内电晕和槽外电晕。
[0022]故分析发电机内易产生电晕的部位:
(I)定子线棒出槽口处。线棒出槽口电场非常集中，是最容易产生电晕的地方。
[0023](2)定子铁芯通风沟处。通风沟处属金属尖端边缘，易造成电场局部不均匀。
[0024](3)定子线棒表面与铁芯槽内接触不良处或有气隙处。
[0025](4)端部异相线棒间，特别是线棒与绑绳、垫块的接触部位和边缘。
[0026]5、运行环境不良对发电机运行环境不良引起定子线棒故障的原因分析如下:
(I)发电机内温度要高于冷却器的水温，且机内湿度较大时，就很容易在机内结露。这种结露在运行中较难发生且影响不大，一旦机组停机时间较长，就可能因结露使发电机受潮，大大降低了发电机的绝缘。
[0027](2)长期过负荷造成定子线棒过热而引起故障。
[0028](3)风闸粉末、轴承的油雾及水分混合在一起落入发电机线棒的端部，形成放电通道，这样就非常容易发生相间短路事故。
[0029](4)定子线棒表面脏污，这样不但降低了线棒的散热，也降低了线棒的绝缘强度。
[0030]分析上述几方面原因，其中冷却系统冷却能力不足、定子铁芯温度过高、定子线棒电晕、电腐蚀的影响是造成定子线棒故障的内在因素，机械力和电磁力作用以及不良运行环境加速和加剧了定子线棒故障的形成。
【发明内容】
[0031]本发明的目的是针对上述不足而提供一种定子绕组的温度明显下降，运行状态得到改进的水轮发电机定子线棒故障处理方法。
[0032]本发明的技术解决方案是:水轮发电机定子线棒故障处理方法，其包括:
(O改造发电机冷却系统:改造滤水器，保证冷却水的洁净度；更换冷却水调节阀，保证冷却水供应的可靠性；增加水冷却器，增强其冷却能力；
(2)对发电机定子铁芯温度过高的处理:采用磁屏蔽，以抵消大部分的端部轴向漏磁通；对定子铁芯进行清扫，以改善铁芯的通风散热条件；
(3)改造定子绕组:故障线棒和局部绝缘处理；
(4)改善发电机运行环境:在原有的基础上增加除湿机，有效降低机内空气湿度；对机组采取一定的干燥措施；加强对发电机的密封，防止油雾及水分进入机内；加强对发电机运行中的监控，防止过负荷引起的过电流；清理发电机定子线棒，使其表面清洁。
[0033]从电站水轮发电机定子线棒故障分析的角度出发，分析故障发生的原因，所采取的对策。通过相应的技术改造，改进施工方法和施工工艺，加强质量监督，从而达到提高机组运行效率，延长机组使用寿命目的。
[0034]本发明的优点是:经过对发电机定子线棒故障的原因分析，所采取的各项对策后，目前发电机运行情况良好，尤其是定子绕组的温度明显下降。这样即提高了发电机稳定运行程度，也提高了发电机的出力，增加了经济效益。
[0035]下面将结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。
【具体实施方式】
[0036]水轮发电机定子线棒故障处理方法:
采取的对策
1、改造发电机冷却系统
由于冷却系统存在不足，因此有必要对冷却系统进行改造。因定子绕组全部改造短期内难以实现，考虑到更换部分故障线棒和加固松动的线棒后，发电机在运行条件良好的情况下能正常运行，应先改造冷却系统，以较少的投入，使机组产生最大的效益。
[0037]主要改造措施:
(O改造滤水器，保证冷却水的洁净度。
[0038]( 2)更换冷却水调节阀，保证冷却水供应的可靠性。
[0039](3)改造冷却水的供水管路，增强冷却水的通流能力。
[0040](4)增加水冷却器，增强其冷却能力。
[0041 ] ( 5 )利用大、小修时间对发电机冷却系统进行检查、清扫，保证冷却系统的可靠运行。
[0042]2、对发电机定子铁芯温度过高的处理通过对发电机冷却系统的改造，虽然增强了定子铁芯的散热能力，但定子铁芯本身的故障引起的温度过高必须加以处理，从根本上解决定子铁芯发热的问题。
[0043]对发电机定子铁芯故障的处理措施如下:
(I)利用机组检修时间，对定子铁芯检查，做铁损试验。对铁芯局部温度过高的部位查明原因后进行相应的修复处理。
[0044](2)为改善定子铁芯端部过热，可采用磁屏蔽，以抵消大部分的端部轴向漏磁通。
[0045](3)利用机组检修时间，对定子铁芯进行清扫，以改善铁芯的通风散热条件。
[0046]3、改造定子绕组目前电站发电机线棒普遍存在电晕、电腐蚀现象，定子线棒整体绝缘下降令人堪忧。对发电机定子线棒故障的原因进行分析后，根据其绝缘损坏程度，更换故障线棒和局部绝缘处理。
[0047](I)定子线棒的绝缘结构定子线棒的绝缘体系以粉云母为基材，环氧树脂做粘合齐U，玻璃带做补强的热固性绝缘体系。它的特点具有机械性能好，电气强度高，耐热性好等优点，允许的工作温度为130度。在线棒的槽内部分及端部进行了防晕处理。嵌线棒时，铁芯槽底，层间半导体隔板，槽楔板，线棒与槽壁的间隙采用了新型半导体垫条。端部固定采用氯丁橡胶带(浸环氧胶)，分别将上、下层线棒端部绑扎在支持环上。环氧胶采用了哈机厂新型产品HEC — 56102型环氧涂刷胶，其电气性能更加优异。
[0048](2)定子线棒的防晕结构槽电晕防护:根据标准，在整个定子线棒直线长度范围内都实施了槽电晕防护，槽电晕防护是在线棒上包裹半导体材料。
[0049]线棒端部电晕防护:根据标准，线棒端部电晕防护从槽电晕防护的末端开始，并有一段重合。端部电晕防护一直延伸到线棒的末端(焊接部分)。
[0050]定子绕组端部半导体防晕漆处理:端部整体低阻漆处理，均衡了电场，减小了端部任意两点间的电位差，有效地的降低了电晕，使电场对绝缘老化的影响降到最低。
[0051]防止电腐蚀的措施有:
I)保证定子线棒尺寸和定子槽尺寸紧密配合，线棒入槽后在侧面塞半导体垫条，使线棒表面防晕层和槽壁保持良好的接触。
[0052]2)选用合适电阻系数的半导体漆喷于定子槽内，并保证定子铁芯的其他性能符合技术要求。
[0053]3)定子槽楔要压紧，可将长槽楔改为短槽楔。
[0054]4)提高半导体漆的性能，选用附着能力强的半导体漆。
[0055](3)线棒端部接头焊接接头的铜线、并头套、铜楔为导电部分，保证搪锡质量并结合严密。铜线与并头套之间的间隙符合标准。焊接时焊料应充实，焊接后表面光滑，无棱角、气孔及空洞。测量直流电阻，其最大、最小值之比不超过1.2倍，符合标准。
[0056]接头绝缘采用环氧树脂浇灌，接头与绝缘盒间隙均匀，线棒端部绝缘与盒的搭接长度符合设计要求；浇灌饱满，无贯穿性气孔和裂纹。
[0057]线棒接头绝缘采用云母带包扎，包扎前将原绝缘削成斜坡，其搭接长度应符合国标的规定，绝缘包扎密实，厚度符合设计要求。
[0058]4、改善发电机运行环境对改善发电机运行环境的措施如下:
(I)为减轻结露对发电机组的影响，在原有的基础上增加除湿机，有效降低机内空气湿度。机组停机时间较长后，对机组采取一定的干燥措施。
[0059](2)加强对发电机的密封，防止油雾及水分进入机内。
[0060](3)加强对发电机运行中的监控，防止过负荷引起的过电流。
[0061](4)利用机组检修时间，清理发电机定子线棒，使其表面清洁。
【权利要求】
1.一种水轮发电机定子线棒故障处理方法，其特征在于包括: (1)改造发电机冷却系统:改造滤水器，保证冷却水的洁净度；更换冷却水调节阀，保证冷却水供应的可靠性；增加水冷却器，增强其冷却能力； (2)对发电机定子铁芯温度过高的处理:采用磁屏蔽，以抵消大部分的端部轴向漏磁通；对定子铁芯进行清扫，以改善铁芯的通风散热条件； (3)改造定子绕组:故障线棒和局部绝缘处理； (4)改善发电机运行环境:在原有的基础上增加除湿机，有效降低机内空气湿度；对机组采取一定的干燥措施；加强对发电机的密封，防止油雾及水分进入机内；加强对发电机运行中的监控，防止过负荷引起的过电流；清理发电机定子线棒，使其表面清洁。
【文档编号】H02K15/00GK104362804SQ201410561590
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】黄秀刚, 刘福佳 申请人:白山发电厂, 国家电网公司, 国网新源水电有限公司