摘要:熊家沟电站装机2×9MW,投产9年后发现机组定子端箍处线圈及端箍绝缘受损,端箍多点接地且支撑刚度不够,线圈与端箍间未靠结实且有间隙,更换线圈且严格按定子下线工艺处理后运行状态良好,检修中注意检查该部位,避免类式问题发生。
关键词:发电机;定子线圈;端箍;绝缘受损;分析、处理
1、电站情况简述
熊家沟电站位于昭通市彝良县境内洛泽河干流上,北距彝良县城25Km,南至威宁县城60Km,距昭通74Km。电站装机为2×9MW,设计水头60.65m,设计引用流量35.14m3/s。电站为径流引水式开发,水工建筑物由最大高度为17.57m拦河闸坝,2969.54m有压隧洞,调压井,压力钢管及窑洞式地下厂房组成。熊家沟电站安装两台型号为SF9000-14/2860型立轴混流式水轮发电机组,#1机组于 2006年1月20日正式并网发电,#2机组于 2006年1月26日正式并网发电。
熊家沟电站采用扩大单元接线,#1、#2发电机出口电压6.3Kv,经母线至主变低压侧,主变为三圈变,高压为35K v和110Kv两电压等级,35Kv经洛熊线与电网连接,110Kv经发洛熊线并入电网彝良220Kv发界变电站运行。
2、故障情况
2015年3月12日,机组运行中报1#发电机保护、主变压器后备保护、厂用变保护、故障录波装置等均报“接地报警”(单机运行)。检查故障时发电机A、C相相电压为4.1KV,B相相电压为2.7KV,初步判断故障点在B相距中性点25%左右。经进一步试验检查发现,在定子线圈的上、下端箍处,线圈与端箍绝缘磨损,受损量在全部线圈的60%左右,接地报警处线圈绝缘、端箍绝缘全部磨损,基本上直接接地。对2#机组相同部位检查,发现有相同问题,只是暂时未接地。故障情况见线圈及端箍故障图图
3、故障原因分析
发电机定子线圈设计寿命一般不低于20年,但熊家沟电站定子线圈在不到10年的时间就出现问题,一定有其发生的原因。
(1)熊家沟电站定子线圈为圈式线圈,每相两个分支,整个定子铁心共有144槽;转子共有14个磁极;机组转速428.6转/分,机组转向每极每相槽数:q=3 3/7;节距数为10个线圈,处理一个故障点至少需要动到10个线圈,定子绕组为分数槽绕组。
(2)分数槽绕产生的磁动势中常含有一系列分数次谐波,在某些情况下它们和主极磁场相互作用可能产生一系列干扰力,当某些干扰力的频率(信频)和机座固有(或自由)振动频率重合时,将发生定子铁芯振动,导致定子线圈和其它结构部件损伤。在负荷不平衡、外部故障情况下,电机绕组端部将受到强大的冲击电磁力。在分数槽绕组中,每一个极下每相所占的槽数实际上互不相同的,部分极下多一个或少一个槽,但每一相在不同极下所占总槽数是相同的。熊家沟电站绕组就属于该类情况。机组投产后,在2010年前,电站并入昭通地区电网(小网)运行,网架结构单一,又承担铁路机车供电任务,在火车机车通过时,出现机组三相不平衡电流达到额定电流的30%以上,电站距离负荷中心20公里,因此电机绕组端部受到强大的冲击电磁力作用更突出。2012年电网网架改造,改接至220KV电网并网,情况有较大改善。
(3)电机制作缺陷问题。从受损线圈缺陷部位可以看出,部分线圈受损,线圈端部与支持环(端箍)未靠结实,存在受力不均衡。发电机定子线圈安装规范要求:线圈与铁芯及支持环应靠实,上下端部线圈标高应一致,斜边间隙符合设计规定,线圈固定牢靠。线圈端部与支持环(端箍)靠在一起的受到磨损,未靠在一起的仍然能看到间隙,也就是说部分线圈受力,受力的部分线圈在强大的冲击电磁力作用下产生相对位移发生磨损,未受力或靠的不结实线圈未受损或损伤较小。
(4)线圈及端箍设计制作问题。端箍设计时,采用A3圆钢(ф20)制作,A3钢为导磁材料;采用M16螺杆(共14根)支撑端箍,端箍至定子齿压板高度190mm,存在螺杆刚度不够问题;端箍支撑螺栓与端箍连接耳块螺孔间存在间隙。分数槽绕组中产生的磁动势的系列分数次谐波作用力和不平衡负荷时线圈在强大的冲击电磁作用力产生端箍发热问题和位移问题。端箍采用ф20的圆钢制作,制作圆度不够圆;线圈在铁芯槽与端箍间有个斜边斜率问题,线圈为手工制作,斜边斜率不一致,导致线圈端部与支持环(端箍)不能靠结实。定子下线时线圈端部与支持环未靠结实又未处理。
以上众多因素,导致发电机定子线圈在不到设计寿命一半的期限内提前出现故障,提前达到报废状态。
4、故障处理
熊家沟定子线圈已经使用了9年,出现问题的线圈相当多,修复方式难以消除存在全部缺陷,因此采取全部更换线圈方式并附带其它问题的处理。机组已经定型,容量和型号不能改变,只能在定子铁芯槽、绕组分数槽和圈式线圈等不变的前提下处理,处理方式如下:
(1)制作及更换全部定子144个线圈,每个线圈有3匝,8根并绕,每根导线绝缘(股间绝缘)由原设计的玻璃丝包粉云母改为玻璃丝包0.05mm厚聚酰亚胺薄膜绕包扁铜线,提高线圈股间绝缘水平;匝间绝缘除导线自身绝缘外,由原设计的云母一层半叠包改为两层半叠包方式,提高线圈匝间绝缘水平。定子线圈按规范进行防晕处理,高、低阻带一次热压成型。
(2)定子上下端箍作阻磁通处理,将端箍分段,中间镶两段不锈钢非导磁钢管(长150mm);端箍与端箍支架之间作绝缘处理,端箍支撑螺栓与端箍连接耳块螺孔间加绝缘套管及绝缘平垫(端箍对地绝缘);将端箍支撑架加固,在每(共14根)支撑端箍的螺杆后加8mm后的梯形钢板,钢板与螺杆和齿压板焊接固定,加强螺杆刚度;同时保证端箍支撑螺栓与端箍连接耳块螺孔间不存在间隙保证磁动势下的系列分数次谐波作用力下端箍不发生位移。端箍处理完成后从新包裹端箍绝缘,叠包12层云母带,外再叠包玻璃丝带两层。
(3)机组为分数槽,每极每相槽数:q=3 3/7;重新定制绕组的排列节拍,对起把节拍的线圈进行排序,然后按顺序嵌线,严格按照绕组节拍下线,保证电气向量角满足设计要求。
(4)注意定子下线工艺,严格按照发电机定子线圈下线工艺要求和国家先关标准执行。对定子铁芯槽清洗及整理合格后,铁芯槽喷低阻漆。下线中重点检查线圈与铁芯及上下支撑环(端箍)应靠实,上下端部线圈标高一致,斜边间隙符合设计要求,线圈固定牢靠。当线圈与端箍间出现未靠实问题时,采用毛毡加垫垫厚端箍的方式保证线圈与端箍靠实,使所有线圈均与端箍靠实,整圈线圈受力均匀;线圈直线部分嵌入线槽后单侧间隙超过0.3mm且连续长度大于100mm时,采用半导体垫条塞实,塞入深度尽量与线圈嵌入深度相等,槽楔紧固。线圈嵌装后,按定子线圈进行整体更换,按国家标准«电气装置安装工程电气设备交接试验标准»(GB50150 2006)的要求进行各个阶段耐压试验,试验合格。
5、处理后运行状态
机组投运后,在空转和空载工况下,采用相位表对机组母线的相序及相位进行检查,U、V、W三相相序为正相序,相位角120度,与并网电网相序相同;满负荷工况下机组线圈及铁芯的温度在73℃左右,
与原定子线圈温升情况一致,两台机组相同,可以长期可靠运行。
6、总结
熊家沟电站发电机组定子线圈,因端箍设计缺陷和下线工艺不满足要求导致线圈在不到寿命期一半即故障更换,主要原因为端箍固定支架刚度不够,线圈与端箍未靠结实(有间隙),部分线圈端部受力,受力不均,在电磁力作用下,端箍发热且产生相对位移而发生磨损导致绝缘损坏。机组日常检修过程中注意检查是否有相同问题,即时发现并处理,减少事故的发生。
参考文献
[1]GB/T7894-2001《水轮发电机基本技术条件》.
[2]GB/T755-2000《旋转电机基本技术要求》.
[3]水轮发电机设计与计算.
作者简介
汪自渊,男,(1970年10月),工程师,从事水电站安装、调试、试验及生产运行等方面技术工作。
论文作者:汪自渊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
标签:线圈论文; 定子论文; 机组论文; 绕组论文; 电站论文; 间隙论文; 发电机论文; 《电力设备》2017年第17期论文;