发电机定子线棒防晕层损坏的原因分析及对策

2.同济大学电气工程系,上海 201804)［摘要］本文梳理了定子线棒防晕层损伤的主要因素及其作用机理，总结了定子绝缘防晕层

损伤后引发的电晕缺陷产生的典型现象和产物，并给出了相应的处理措施与对策建议&实际

案例应用结果佐证了所提出的处理措施与对策，可有效修复防电晕层的损伤缺陷，消除其诱

发的电晕现象&本文成果可为发电机定子绝缘放晕层损伤缺陷的处理和检修维护方面提供借 鉴和参考&［关键词］发电机；定子线棒；防晕层损坏；措施对策［中图分类号］TM31 ［文献标识码］A引言定子绕组绝缘状态是决定发电机寿命和运行

棒槽部和端部进行防晕处理，其目的是使线棒端 部电场分布均匀，保证试品在起晕试验中不产生

电晕，在耐电压试验时不放电、表面不过热，在

可靠性的关键因素。随着高压电气设备容量和电 压等级的提高，绝缘中曲率半径较小部分，在局

运行时定子绕组端部不起晕、不放电。随着发电 机组运行年限的增长，在各种因素的作用下，部 分线棒表面防晕层会发生损坏或者逐渐脱落。制

部强场的作用下产生电晕，已经是发电机绝缘的 一种常见故障。为改善这种状况，需要对定子线

定处理和预防定子线棒的防晕层损坏相关措施，从表1测量结果可以看出，本设计的轴电流 测量仪表测得的数据和标准电流值的差距不大，

行实时的监控与报警，精度较高，性价比高。通信作者：商行，703328830@qq.com绝度误差可以控制在0-0.02A，这个偏差可以通 过校正CS5460A的基准电流来解决°因为轴电流 信号本身很小，如果采用的芯片达不到精度要求， 那么所测电流值也就有了偏差。参考文献：［1］ 周建为$抽水蓄能机组轴电流保护［J］.水电自动化与

大坝监测，2003(01).［2］ 邹祖冰.水轮发电机轴电流在线监测方案探讨［J］.中

5结语本文设计的轴电流检测装置可以对轴电流进

国水电自动化与大坝监测，2009(05).［3］ 郭天祥.51单片机C语言教程-入门、提高、开发、拓展

全攻略［M］.北京：电子工业出版社，2008.-13 -《仪器仪表与分析监测》2020年第2期对于保障发电机的安全和可靠运行具有重要意义!现阶段，我国大型发电机组主要采用VPI制 造工艺对定子线棒进行主绝缘。定子线棒的防晕 结构主要分为线棒内部防晕和外部防晕两种，根

据文献［1］中介绍，国内各大公司都已完成24〜

27KV的定子线棒/绕组绝缘防晕层的课题研究,

并开展了定子绕组绝缘线棒模型试验，成功地将 其应用到系列发电机组中；而27〜35KV级定子线

棒及绕组主绝缘及防晕层的设计方法则有待进一 步探讨。目前，在对于定子线棒绝缘故障的研究中,

绝大多数集中于针对由于电腐蚀现象造成的防晕 层损坏。文献［2］中提出，影响发电机电晕的因

素分为内部因素和外部因素：内部因素主要是发 电机的额定电压、电位以及电场的不均匀情况；

外部因素包括海拔、湿度、温度、油污。根据文 献［3］中的具体分析，电晕形成的原因包括三个 阶段：线棒层间污物堆积，线棒层间电压差较大

导致电晕；电晕部位发生化学反应进一步损害线 棒绝缘； 线棒绝缘

电晕 。 对

于机组在日常运行和维护过程中，由于设计安装不

到 题对防晕层造成的 坏 的研究， 目前还存在着一定程度的不足和空缺。针对这一问 题，本文结合某电站一起定子线棒防晕层损坏 案例，分析了防晕层损坏原因与表象，并为不同

类型的防晕层损坏提供了处理方案和预防对策。1防晕层损坏原因分析与表象1.1放电导致的防晕层损伤发电机定子 到

，

定子线棒， 线棒出 绝缘溶解脱落。绝缘漆脱落的过程又会进一步损伤到 防晕层，由于线棒出槽口部位电场相对比较集中， 产生的电晕会将空气中的氧电离而产生臭氧，并

与氮气结合，生成硝酸根，从而对线棒造成电化 学腐蚀。这样会导致线棒表面的接触电阻越来越 大，使得电晕面积不断扩大，击穿防晕层［4］。上下层线棒绝缘之间可能存在气隙，使层间 -14 -电压分布发生改变，气隙上分布的电压较高，当

空气隙上的电场强度超过其击穿场强时就会发生 放电，放电会损伤绝缘表面防晕层，使层间电位

差进一步增加，对地电位也增加，长期放电会进

一步损伤主绝缘⑸。1.2机械动作造成的防晕层损伤由于发电机空气环板和下挡风板之间有一定 的间隙，对于现场焊接发电机转子，在安装过程

中，现场组装焊接的转子中遗留有焊瘤、焊渣， 以及转子组装过程中一些小颗粒杂质都有可能遗

留在转子中，如图1所示。图1 发电机定子示意图（部分）机组在运转过程中，转子上松动的焊瘤、遗 留的小颗粒焊渣会松动脱落，和遗留在转子中的

小颗粒杂质一起在转子转动的离心力作用下往定 子侧飞溅，部分小颗粒在空气围屏和下挡风板之 间的间隙中飞出，撞击线棒，造成了线棒表面的 损伤。另一方面，在对发电机进行检查时，空气

环板与线棒的间隙较小，在拆装过程中，也会对 线棒表面防晕层造成磕伤⑹。发电机定子线棒防晕层损坏的原因分析及对策张永会，等1.3防晕层损坏表象防晕层的损伤会导致定子线棒出现电晕缺陷。

当发电机的定子线棒出现电晕缺陷时，一般会出 现以下表象：1） 发电机基坑四周有臭氧味；2） 发电机上导甩油比较严重；3） 线棒松动，出槽口处表面绝缘漆溶解脱

落，槽口出现不同程度的白色粉沫，个别严重者 出现槽口铁芯卷边现象；4） 线棒表面防晕层、主绝缘、槽楔和垫条出 现发白的烧痕，胶粘剂变质&碳化，股线绝缘和 云母变白，进而导致股线松散&短路&绝缘老化。发现上 现象时， 时 发电 机进行停机检彳。2处理措施与对策建议2.1定子线棒的处理1） 清理线棒受损部位，将受损松动的防护 带、防晕带进行清理切除。2） 用金相砂纸对受损部位进行打磨处理，使 受损部位表面毛糙，提高新刷涂防晕漆的粘合度。3） 线棒 损部位 个 ， 用

醇（或丙酮）进行清理。4） 线棒损伤部位的

，定每个部位的缺陷修复施工。① 对于表面轻微损伤部位，采用打磨后清理，

按照线棒制作工艺流程，用玻璃丝带刷涂绝缘漆 进行加固性增强包扎，确保线棒表面防护带的防 护功能恢复并进一步加强。② 对于防护带损坏，防晕带和主绝缘没有损

坏的部位，在清理工作结束后，在防晕带表面刷 涂一层防晕漆，加强该部位的防晕性能。防晕漆下 化 1 ， 损部位圈采用玻璃丝带刷涂绝缘漆进行包扎，增强防晕 性能的同时，加强该部位的防护带防护能力）③ 对于防晕带损伤部位，在清理其损坏的边缘 ， 切

面 口 ， 同时用面 口部位， 部位的 表面 ，

防晕 带和防晕漆之间的粘合）用无水乙醇（或丙酮）

清理整个受损部位后，对防晕带损伤部位进行防 晕漆刷涂及填充，使防晕漆厚度和防晕带起始厚 度基本一致，等待防晕漆基本固化。按照上述同

样方式，用玻璃丝带刷涂绝缘漆进行防护带恢复 并加强保护包扎。5）所有缺陷处理工作结束后，将该部位进行

必要的防护，表面防护带刷涂绝缘漆的固化时间

大于24小时。2.2对策及建议1） 对于因放电造成的防晕层损坏：及时检查 发电机轴承是否存在甩油问题，避免油污浸泡定

子线棒；在线棒发生电腐蚀的槽锲和通风孔侧，

用注射器把半导体漆通过槽锲和铁芯缝隙注人；对

于情况严重的，可退掉槽锲打入半导体硅橡胶[7]o2） 对于因机组运转的机械动作造成的防晕层

损坏：检查发电机上下风洞内，及时发现转子上

松动的焊瘤、小颗粒遗留物；拆装发电机空气环

板时，使用U型衬垫调整空气环板与线棒的间隙。3） 机组停机或检修时，应保持机坑内环境温

度比周围环境温度高，避免绕组吸潮和急剧的热 胀冷缩，加强对线圈端部机械固定情况重点检查。

2.3定子线棒的回装及处理效果检验处理好受损的定子线棒后，依次检查铁芯、 绝缘支架、绝缘压板、反磁螺杆、适形垫块等零

部件检查有无歪斜、变形、锈斑、过热变色；各

铁芯各通风孔有无杂物堵塞等现象。全部准备就

绪后，配垫适形材料，并开始逐槽下入定子下层

线棒。测量槽内绝缘表面电阻合格。采用浸胶玻 璃丝束对下层线棒端部进行绑扎。完工后，对定

子端部加热烘焙。加热温度105士5\"，保温24%时。

冷却后进行下层线棒耐压试验。试验合格后，按

照同样的步骤，下入定子上层线棒国。试验合

格，开始焊接上下层线棒鼻端连接线并进行冷态 直流电阻测定，符合GB/T7064-2017标准要求，

然后使用云母带包扎鼻端绝缘，完成后，进行加

热烘焙24小时。最后装配定子槽楔，使用里氏

硬度仪进行检测，数值不小于660 HL。定子完

-15 -《仪器仪表与分析监测》2020年第2期工后，进行电气试验、铁损试验、端部振型模态

试验#试验项目及标准应完全符合DL/T596-2005

电力设备预防性试验规程要求[9]$对于发生电腐

蚀现象的定子线棒，可以通过紫外成像法对定子 端部的表面放电进行复测$测试结果应符合DL/

T298-2011《发电机定子绕组端部电晕检测与评

(a)右边角受损的线棒

(b)正面受损的线棒图2受损线棒图片定导则》中所做的要求[10]$3案例应用3.1 案例描述2019年4月,在某水电站1号机组A级检修 期间，对发电机定子线棒进行检查时，发现U01

端有所损伤(高阻和低阻防晕交接的部位)，主绝

损$3.2效果分析检查结束后，班组人员协同发电机厂家人员

对受损的线棒进行了修复处理。修理结束后，利

紫 外成像法 对 定子端部 表 面放电进 行复测 $ 修 理后的部分试验结果如表2所示$定子的11根线棒下端部右边角和正面存在不同程 度的受损情况，如图2所示$在 发 现 后 ， 检修 对 线 棒 的 损

由表2结果可得，各处检测到的光子数水平

了 水 ， 表

在的电晕况进行了统计，统计结果如表1所示$检查结果

显示，11根线棒表面的保护层和高阻防晕带的末表1受损情况统计槽号线棒号较好解决，文中提出的处理措施及对策是有效的$受损位置及支路右边角，W双支路右边角，W双支路受损情况对地电压/kV1617343262保护带损伤，防晕损伤保护带损伤，防晕损伤2.6523.0317.9568.7147173右边角，U双支路右边角，U双支路正面，W双支路右 边角 ， U 双支路保护带损伤 ， 防 晕损伤保护带损伤 ， 防 晕损伤11212012719206表面划伤，线棒无损伤保护带损伤 ， 防 晕损伤保护带损伤 ， 防 晕损伤保护带损伤 ， 防 晕损伤表面划伤 ， 线棒无损伤5.4945.3047.956正面，V单支路1361484454320右边 角 ， W 双支 路正面，w双支路8.3350.5680.947155右边角，U单支路右边角，W单支路保护带损伤 ， 防 晕损伤保护带损伤 ， 防 晕损伤1845.304表2修后试验数据加压方式序号检测位置光子数/(p/S)1定子下端16槽出槽口定子下端17槽出槽口定子下端17槽出槽口 10cm处20211511530023B 相 8 kV45定子下端71槽出槽口 20cm处定子下端73槽出槽口 10cm处定子上端112槽出槽口 5cm处定子上端120槽出槽口 5cm处97019067560-16 -发电机定子线棒防晕层损坏的原因分析及对策张永会，等4结语1) 总结分析了导致定子线棒防晕层损伤的两 种主要因素及其机理：一种是由于上下层的定子 线棒间存在气隙，或是出槽口电位较为集中，引

参考文献：[1] 潘延明，孙永鑫,刘亚丽，陈阳.大型电机定子线棒及绕组

的防晕技术研究进展[J].绝缘材料,2017,50(7):1-5.[2] 胡庆雄，屈文锋，马军，余超.大型水轮发电机定子线棒端

部电晕现场处理方法研究[J].水电站机电技术,2017,40

⑹:23-25.[3] 向天航，顾卫坤，昊小平,杨大贵.定子线棒层间电晕成因

探究及处理[J].水电与抽水蓄能,2019,5(1):84-87.起放电，发生电腐蚀造成的电化学类破坏；另一 种是在机组的运行和日常维护中，由于组装和焊 接等过程中存在问题，导致机组转子的机械动作 对防晕层造成的物理破坏&[4] 昊开莲.龚嘴电厂发电机定子线棒表面防晕层对地电

位升高的处理[J].四川水力发电,1991,9(3):74-78.2) 总结了定子线棒出现绝缘故障时的一些

[5] 杨东，熊嬪江.发电机定子线棒绝缘击穿原因分析及处

理[J].水电站机电技术,2017,40(7):92—94.

典型现象，包括机组风洞出现臭氧味，槽口、 垫条等部位出现白色粉沫或烧痕等，并给出了

[6] 贺正杰.发电机定子线棒绝缘烧损击穿原因及对策[J].

设备管理与维修,2004(3):15-16.对应建议。3) 给出了定子线棒防晕层损坏的处理和预防 方法：对于因放电造成的防晕层损坏，及时检查

[7] 田锋,和海顺.发电机定子线棒防晕层破坏原因分析及

处理[J].水电站机电技术,2006,29(6):58-60.[8] 袁靖,田键.一起发电机定子线棒损伤原因及处理方法

[J].技术与市场,2019,26(12):161-162.[9] DL/T 596-2005电力设备预防性试验规程[S],发电机 是 存在 问题， 或 对线的 防晕结 行 ； 对于因 机组运转的 机械动

[10] DL/T 298—2011发电机定子绕组端部电晕检测与评

定导则[S].作造成的防晕层损坏， 要 发电机上下洞内，及时发现转子上松动的焊瘤、遗留的小颗

[11] 韩钊，温锦红.大型发电机组定子线棒的电晕处理研

究[C].抽水蓄能电站工程建设文集,2019.粒物*欢迎订阅《仪器仪表与分析监测》《仪器仪表与分析监测》是经国家新闻出版 总署期刊出版许可批准的仪器仪表类科技专业

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