定子绝缘（精选八篇）
定子绝缘 篇1
华能巢湖发电有限责任公司一期工程安装两台哈尔宾电机厂生产的QFSN-600-2YHG型发电机,该发电机为整体全封闭,内部氢气循环,定子绕组水内冷,定子铁芯及端部结构件氢气表面冷却,转子绕组气隙取气氢内冷的冷却方式。定子进出水汇水管采用经端子接地的方式。测量定子绕组绝缘时,采用专用的水内冷摇表测试。
1发电机结构
QFSN-600-2YHG型发电机为三相交流隐极式同步电机,由定子、转子、端盖及轴承、油密封装置、冷却器及其外罩、出线盒、引出线及瓷套端子、集电环及隔音罩刷架装配、内部监测系统等部件组成。定子绕组有上下两层,每一层由42根定子线棒、定子绕组槽内固定结构、定子绕组端部固定结构和定子绕组引线等构成。定子线棒由空心导线和实心导线组合构成,组合比1:2。空、实心导线均包聚酯玻璃丝绝缘。线棒对地绝缘采用F级环氧粉云母带,双边厚11 mm。为降低定子绕组电晕电位,线棒的槽内部分和槽口部分均进行防晕处理。
2发电机定子绝缘低查找
2013年9月30日,巢湖电厂进行#2机组发电机修前实验时,检修人员用2 500 V发电机专用水摇表测量#2机绝缘,发现A相绝缘较低,为0.02 MΩ,经过多次检查、测量,#2机A相绝缘仍然为0.02 MΩ。10月4日,本厂电气检修人员会同电科院绝缘监督专责人员再次进行检查、测量,结果相同。10月7日,联系到哈尔滨电机厂家到现场检查、会诊,共同分析原因。10月8日,本厂检修人员、厂家及电科院绝缘监督召开现场分析会,决定打开发电机两侧端盖,检查发电机绕组端部情况。10月9日,打开励侧端盖,检查未发现明显异常情况;随后打开汽侧端盖,检查发现发电机汽侧8点钟位置一个气隙挡板绝缘螺杆脱落(图1),卡在6—7点钟定子端部#41、#42槽两根线棒间(图2)。10月13日,#2机转子抽出后,取出脱落螺栓,发现#41、#42槽上层线棒绝缘磨损位置表面碳化(图3),沿绝缘表面形成碳化通道(图4),对铁芯放电造成接地。将#41、#42槽上层线棒碳化层剔除后,测量A相绝缘电阻正常。
3发电机定子端部螺杆脱落磨损原因分析
发电机定子线棒端部磨损的直接原因是发电机在运行过程中定子端部振动,在大型汽轮发电机运行中,定子线棒端部振动主要因素有:(1)线圈绕组电流与端部漏磁场相互作用所产生的多倍频振动力(以二倍频为主);(2)定子铁芯存在椭圆振型,定子端部固定元件在电磁力的作用下,运行中将承受相当大的振动。因此,可以认为,由于定子端部整体刚性不统一,有些部位刚性强,有些部位刚性弱,在发电机运行中,受到倍频电磁力的作用,虽没产生共振,但不同位置线棒振动产生的形变和位移不同,不同位置支架和绑扎绳受力大小和方向都有差异,在局部产生应力集中,使得定子端部螺杆脱落磨损。
4发电机定子绝缘电阻低处理方案
根据上述检查情况,并结合#2发电机的实际状况,确定了处理方案:
(1)拆除#2发电机原有的#41、#42槽线棒,更换新的定子线棒。
(3)做相应的交流耐压、直流泄漏、电位外移、端部振型模态等相关实验。
5发电机端部松动的防范措施
发电机正常运行中、机组临停检修、每年的大小修期间,应重视发电机端部的检查工作。从发电机汽、励两端人孔门分别进入,重点检查端部绑扎是否有松动,是否有黄色粉末,绝缘表面是否有变黑情况,出线侧引线、绝缘支架、各绑环是否有磨损情况,紧固螺栓是否有松动,止动垫片是否有变形、移位情况,如果发现局部问题,应扩大检查范围,彻底查清故障情况并做相应处理。
如端部发生磨损,处理过程中应特别注意绑扎工艺的监督,53841YR、53841YQ胶的配比是否严格执行要求,涤玻绳浸胶时间够不够,是否完全浸透,绑扎完毕后,要保障固化12 h后,外面方可刷9130红瓷漆。最后需进行端部振形模态实验,合格后,发电机方可投入运行。
6结语
经过上述处理,发电机绝缘及实验均达到开机要求,发电机绝缘监督是发电机运行维护中的重要工作之一,因此对发电机绝缘问题要予以足够的重视。通过在线检测和相关实验,掌握发电机的绝缘状况,分析问题的原因所在,及时采取正确的处理措施加以消除,以免发电机在运行中发生绝缘降低及击穿,造成发电机损坏等不可挽回的损失。
参考文献
[1]哈尔滨电机厂.QFSN-600-2YHG型汽轮发电机使用说明书[Z].
[2]华能巢湖发电有限责任公司一期电气一次检修规程[Z],2009.
定子绝缘 篇2
【关键词】发电机；定子线圈；绝缘结构
前言
发电机定子线圈绝缘结构在使用过程中是比较容易暴露问题的环节。随着科技的不断发展，发电机定子线圈绝缘结构想要跟上时代的潮流就必须要做出一些适应性的改变。改变就要从设计环节开始。本文将会介绍发电机定子线圈绝缘结构的优化设计方面的内容。
1、研究发电机定子线圈绝缘结构优化设计的意义
为什么要开展发电机定子线圈绝缘结构优化设计工作，这是一个值得思考的问题，许多人对这方面内容并不是很了解。其实研究发电机定子线圈绝缘结构的优化设计工作主要有以下几方面的意义：首先，可以有效提高发电机定子线圈绝缘结构的使用性能。一项事物的使用性能是可以通过采取一定的措施进行提升的，研究发电机定子线圈绝缘结构的优化设计工作就有这方面的意义。此外，研究发电机定子线圈绝缘结构设计优化方面的内容可以使发电机定子线圈绝缘结构技术得到快速发展。一项技术想要不断的发展就需要不断的进行优化，要跟上时代脚步才能够在快速发展的时代中保有一席之地。
2、发电机定子线圈绝缘结构在以往使用过程中存在的问题分析
2.1发电机定子线圈绝缘结构填料安装难度大
不得不承认，发电机定子线圈绝缘结构在使用的过程中还是存在一些问题的，填料安装工艺不精良就是容易出现的问题之一。发电机定子线圈绝缘结构在设计过程中需要考虑到后期填料安装方面的内容，如果在设计工作中不注重这方面内容的考虑，那么就会使得后期的填料安装工作开展相对来说难度比较大，是发电机定子线圈绝缘结构设计存在的缺陷之一。
2.2发电机定子线圈绝缘结构水接头存在泄漏隐患
在对发电机定子线圈绝缘结构水接头这方面进行设计时，要充分考虑到发电机定子线圈绝缘结构在后期使用过程中是否会出现泄漏的隐患。如果发生泄漏的隐患有哪些可以补救的措施，这些都是在开展发电机定子线圈绝缘结构设计工作中需要考虑的内容。然而一些设计人员在开展设计工作时，并没有充分考虑到这方面的问题，使发电机定子线圈绝缘结构水接头在使用过程中存在着泄漏的隐患。
3、发电机定子线圈绝缘结构优化设计的措施分析
3.1严格的按照相关设计原则开展设计工作
要进行发电机定子线圈绝缘结构优化设计研究，是因为发电机定子线圈绝缘结构在使用过程中是存在着一些问题的。因此，想要更好的优化发电机定子线圈绝缘结构的设计，就需要采取一定的措施。可以采取的有效措施之一就是严格按照相关设计原则开展设计工作。具体可以从以下几个方面入手：首先，设计人员在开展设计工作之前要仔细阅读相关设计要求，将相關的设计原则熟记于心，在接下来的设计工作开展过程中要严格按照相关设计准则开展设计工作。只有按照设计准则开展的设计工作才能够通过之后的审核工作；此外，当设计作品完成之后，相关的设计者要自行对设计作品进行初步审查，检查是否有设计与规则不符的地方，如果发现这样的情况要及时改进。
3.2提高设计人员的综合素质
提高设计人员的综合素质也可以在很大程度上优化发电机定子线圈绝缘结构的设计。发电机定子线圈绝缘结构设计工作的主体是人，因此设计成品的质量与人的素质有着直接的关系。想要提高设计人员的综合素质可以从以下几个方面入手：首先，相关的企业可以加大资金投入，雇佣专业的发电机定子线圈绝缘结构设计人员来开展相关的设计工作。专业的设计人员相对来说掌握的知识更加全面，企业应给设计人员提供一些机会，有责任和义务定期对设计人员进行培训，从而提高设计人员的素质，使其在开展发电机定子线圈绝缘结构设计工作时可以更加游刃有余。此外，企业还应定期对设计人员进行专业技能考核。而且对设计人员设计的成品进行严格的审核工作，这样不但可以确保设计成品的质量，还能够在很大程度上提高设计人员对这项工作的重视程度。
3.3设计过程中要引入环保理念
想要优化发电机定子线圈绝缘结构的设计，就需要在设计的过程中引入环保理念。随着环境问题的逐渐加剧，人们对于环境问题有了一个全新的认识。对环境改善的工作也在逐步开展。现如今环保已经成为了一个国际的潮流。每一个国家、每一座城市、每一个企业甚至每一个个体都有义务对环境进行必要的保护。因此，在开展发电机定子线圈绝缘结构设计工作时，一定要引入环保理念，只有引入环保理念的发电机定子线圈绝缘结构设计才可以说成是一个较完善的优化设计。
3.4设计的技术要与时俱进
在设计的过程中会涉及到一些技术的设计内容。对这些技术内容的设计想要进行优化，就需要让这些技术与时俱进、跟上时代的发展。想要优化发电机定子线圈绝缘结构的技术内容，可以参考以下几方面的内容：首先，相关的设计者在开展设计工作之前，要对涉及到的相关技术进行全面、详细的了解。只有对相关技术进行必要的了解，才可以在设计的过程中更加熟练操作应用这些技术。然而，这些技术并不是随意就可以进行采用的，采用的技术应该是国际间比较流行的、高端的技术。当然也要考虑企业的经济承受能力。在经济承受能力允许的范围内，尽可能的选择前端的技术进行应用；此外，国家可以在资金方面给予一定的支持，这样可以使得企业更加迅速的发展。
3.5根据问题优化设计
想要优化发电机定子线圈绝缘结构的设计，可以采取的有效措施之一就是要根据问题进行优化设计。发电机定子线圈绝缘结构在使用过程中还存在一些问题，要针对这些问题进行相关设计的优化，才能够更好的发展发电机定子线圈绝缘结构的设计。具体可以从以下几个方面入手：首先，相关的设计者在开展设计工作之前要对发电机定子线圈绝缘结构出现的问题进行必要的分析与总结，对这些漏洞进行必要的分析、总结可以有效的找出问题的根源，根据上面分析与总结的结果进行设计优化工作的开展。在进行发电机定子线圈绝缘结构优化设计时，一定要参考上面总结的内容，这样优化出来的设计成品才能够更加实用。
结语
以上内容就是本文对发电机定子线圈绝缘结构优化设计相关内容的介绍。因为发电机定子线圈绝缘结构在使用过程中存在一些问题，因此发电机定子线圈绝缘结构需要进行优化设计。希望相关人员能够致力于这方面内容的研究，从而设计出更好的发电机定子线圈绝缘结构，为我们的生活提供更多的便利。
参考文献
[1]黄晓红.水轮发电机定子线圈绝缘损坏的处理与增容改造[J].新疆有色金属，2014（01）
[2]王晓鹏，李文泽，苗万国.发电机定子线圈绝缘电热老化试验研究[J].黑龙江科技信息，2013（03）
定子绝缘 篇3
水轮发电机组中的绝缘系统具有很重要的位置, 水轮发电机组的使用寿命和可靠性都是受到其影响。而对于水轮发电机组中的定子绝缘来说, 其端部绝缘盒内的绝缘材料所涉及到的配制、材料以及灌注工艺等, 都能使得定子绕组的绝缘性能受到直接的影响, 所以, 应该充分重视发电机定子绝缘盒内绝缘材料的相关问题。
1 常见问题探讨
纵观我国的电力生产, 对于生产定子绝缘盒过程中, 其主要的填充材料则是环氧胶, 这主要是考虑到其具有较高的力学性能、耐热性能、电绝缘性以及稳定性等。对于环氧胶来说, 主要涉及到多种的成分配方, 如果存在不当比例的配制问题, 则会导致机组安全运行的风险性大大提升。通过研究国内的部分水电站情况, 分析机组运行过程, 各种各样的气泡存在于环氧胶中, 还表现为其他的碳化、开裂、变质、分层、变色等情况。如果运行人员不能及时有效地发现上述问题, 轻则会导致涡流现象出现在绝缘盒内, 由于定子呈现出较高的局部温度, 造成继电保护动作出现停机状态;重则造成击穿定子绝缘体, 这样就会导致出现相间短路、单相接地的问题, 会容易产生较为严重的事故[1,2]。以下针对上述问题所产生的原因进行重点分析, 并能提出有效的解决建议。
2 原因分析
第一, 产生气泡。在进行水轮发电机组的定子绕组绝缘盒内环氧胶的现场配置过程中, 应该充分考虑到背景因素, 无法完全控制不同的地理位置、不同季节、不同湿度和环境温度的影响。所以, 应该从现场实际情况考虑, 进行稀释剂的添加比例的确定, 发电机生产厂家进行环氧胶灌注过程中, 应该保证能够具有较好的流动性。所以, 这就对于安装施工单位的技术人员、厂家现场技术人员以及监理人员提出较高的技术要求。如果他们没有较强的技术经验, 不能严格把关, 不能有效控制好稀释剂添加的比例, 导致其具有较差的流动性, 必然会产生气泡现象。
第二, 产生分层及泡沫状夹层问题。在把环氧胶向绝缘盒进行进行灌注过程中, 为更好保证环氧胶的密封性以及固化效果, 在我国, 分层灌注则是主要方式, 一般都是进行3~4层铺设。一般来说, 环氧胶随着层数的增加, 密实性越好, 但需要进行配置的环氧胶次数也就相应增加。在进行稀释剂添加比例的配置过程中, 每次如果都存在一定误差, 环氧胶的分层现象就是绝缘盒内出现;如果具有过量的稀释剂, 进行灌注上层环氧胶过程中, 则会一定程度上稀释下层已经固化好的环氧胶表面, 这就会使得泡沫状夹层产生。
第三, 产生开裂问题。根据资料, 对于100摄氏度的黄铜来说, 其线膨胀系数为17.62×10-6/℃, 对于温度升高的情况下, 黄铜则存在较为明显的变形。如果环氧胶内部存在的分层发软、气泡等问题, 存在机械强度不高的状态, 对于连接块通电流造成线棒发热, 这时的浅层发软环氧材料忧郁膨胀应力而产生拉裂, 造成出现裂纹。对于定子绕组端部“Z”型绝缘盒来说, 其内部存在的环氧胶裂纹的情况则比较明显, 分析其原因, 主要是由于, 相比于长方形绝缘盒内的并头块, 热膨胀的绝对尺寸和应力比较大所致。
第四, 产生变色问题, 在进行配制环氧胶的过程中, 如果存在不均匀的搅拌问题, 则会造成环氧胶成分的不均, 这样就不能保证充分实现环氧材料的化学反应。所以, 对于运行期间的机组来说, 应该保证定子在80℃以上的正常温度, 在此过程中, 如果存在化学反应不充分的问题, 则会导致变质或者二次反应的问题, 这就是会出现环氧胶的变色问题。
第五, 产生碳化以及变质问题。对于环氧胶变质发黑或碳化问题进行分析, 主要是在上述的气泡、开裂、泡沫状夹层等问题的基础上, 如果长期运行, 则会进一步造成恶化。这样条件下, 内部环境发生了一定的改变, 会致使变化进一步加大。对于绝缘材料变质、裂纹深度增加的情况下, 会造成减小绕组的绝缘系数, 急速增加泄漏电流, 另外, 再加上较为复杂的周围环境变化, 空气介质湿度变化, 存在一定的油污、粉尘等问题, 这样使得绝缘耐压距离进一步缩小, 增加爬电, 容易出现一定的绝缘击穿问题。所以, 对于运行的机组来说, 如果出现了环氧胶变质、开裂以及碳化的问题, 应该充分重视, 并及时采取必要手段。
3 建议
第一, 保证施工工艺尽量简化。针对现场的灌注和配制环氧胶的过程来说, 由于现场施工人员、技术人员在工艺水平存在较大的差异性, 导致复杂的工艺流程中, 存在一定的人为误差概率增大的趋势, 这样就难以保证现场施工工艺要求。所以, 应该尽量采用较为简化的施工工艺, 尽量避免外在因素对于定子绝缘性的影响。
第二, 应该保证焊接质量进一步提升。如果存在线棒端头与并头块的焊接不好的情况, 就会加大绕组接头的直流电阻, 这样就造成温度升高, 更容易出现环氧胶的碳化和变质的问题。所以, 应该保证各个焊接面在进行焊接之前进行打磨光滑处理, 避免出现异物问题。针对焊接过程来说, 有的厂家通过把一张银焊片放在并头块和线棒端头中间, 提高焊接质量, 取得不错的效果。在焊接完成后, 则应该进行焊接部位的直流电阻测量, 这样就可以通过相关的实验数据来反映焊接质量。
第三, 进行绝缘盒直流耐压相关试验。针对当前电厂中的绝缘盒内环氧材料来说, 进行灌注完成之后, 则把直流耐压试验应用到单个绝缘盒中, 这样能够有效保证对于绝缘材料直流泄露问题进行有效测量, 这样可以进行类比, 同样应用于水轮发电机组即可, 能够保证单个绝缘盒内绝缘材料具有小于5μA为的泄漏电流。
第四, 进行合理的设计方案优化。在分析对于定子线棒的温度的影响方面, 主要涉及到不断变化的机组运行工况、质量不高的现场焊接工艺以及过小的绝缘盒间距问题等, 这些都会使得绝缘材料寿命受到影响。所以, 可以要求生产厂家, 对于线棒端头焊接面的载流量进行适当放大, 应该保证绝缘盒间的通风散热涉及到相关因素进行充分考虑, 这样能够保证机组的长期稳定运行。
第五, 保证绝缘盒的清洁。根据要求, 完成定子下线之后, 应该彻底清除定子线棒周围的灰尘。对于安装单位来说, 应该进行仔细的地毯式清扫过程, 不应该残留任何杂物, 避免引发不必要的事故, 这点应该引起安装单位的重视。
摘要：文章从发电机定子绝缘盒内绝缘材料中常见的问题入手, 重点探讨了水轮发电机组的定子绕组绝缘盒内环氧胶出线问题的原因, 并有针对性地提出解决建议, 希望对于今后的发电机定子绝缘盒内绝缘材料发展具有一定帮助。
关键词：水轮发电机组,绝缘盒,绝缘材料,存在问题,原因分析,解决建议
参考文献
[1]满宇光, 徐滨伟.敞开式绝缘盒在三峡水轮发电机上的应用[J].大电机技术, 2006 (5) .
定子绝缘 篇4
运行中的大型发电机会受到来自电网的各种暂态过电压的冲击,定子槽内场强突增,造成定子线棒绝缘水平下降,最终导致短路故障[1-3]。随着电网电压等级提高,过电压对电机定子绝缘的危害日益严重。分析过电压对定子绕组的危害程度显得尤为重要。可以根据场路综合的方法[4]计算出过电压波侵入定子绕组后的电位分布,再计算出其对应的暂态电场分布,最终对发电机定子绕组绝缘进行预测评估,完成过电压冲击下的安全分析。但以往的大型发电机电路模型忽略了电机在运行过程中定子线棒切割磁感线产生的电动势,与实际的工况不符,计算结果存在误差。
本文提出的大型发电机有源暂态电路模型将正常工况下定子线棒产生的电动势加入电机定子模型中。当过电压侵入发电机时,线棒上感应电压和过电压两种电压相互叠加,与实际情况相符。由有源暂态电路模型分析绝缘安全性的步骤是以一定时间间隔采集过电压波数据并存入实时监测数据库中,以过电压数据和电机运行参数为已知条件,利用有源暂态网络模型计算各节点处电位,而后由有限元法计算各电路节点所在处定子槽内的电场分布情况,并将受过电压冲击各时刻的计算结果存入FEM数据库中。根据各有限单元电场强度大小分析定子槽内绝缘介质的安全性。最后仿真计算选取过电压侵入后的两个典型时刻比较无源、有源电路模型的计算结果,说明有源电路模型计算过电压侵入情况下电路各节点电位结果更准确,定子槽内电场分布计算精度更高。
1 建立大型发电机有源暂态电路模型
在大型发电机中,定子三相绕组由单匝短距线圈构成且对称分布。根据大型同步发电机的结构特点,可只分析其中一相,做出等效电路模型。过电压冲击电机定子绕组的过程与冲击波在输电线路的传播过程极为相似,只是传播的线路被嵌入发电机定子铁心的槽内,所以类似输电线路的电路模型,也可将大型发电机定子线棒分段考虑。若不计正常工况下定子线棒切割磁场产生的电动势,此时发电机暂态网络模型可由定子线棒单元长度导体电阻R1、R2,自感L1c、L2c,对地电容C1、C2及上下层线棒间互感M12、M21,层间电容C12、C21,对地电阻Rg1、Rg2,这些集中参数组成的等值电路表示。图1所示为大型发电机定子槽内线棒单元的集中参数等值π型网络。
现将定子槽内线棒的电动势计入模型中。实际交流绕组处于旋转磁场中,并切割旋转磁场,产生发电机的感应电动势。由于高次谐波电动势对模型计算精度影响很小,故本文只考虑基波电动势的作用。单相定子绕组中一根导体线棒切割磁场感应出的交流基波电动势为:
其中:Φ1为电机定子每极基波磁通;f为基波频率,f=Pn/60,n为发电机同步转速,P为发电机磁极对数[5]。发电机定子线棒导体中感应电动势ex (t)随时间变化的波形和发电机气隙磁感应强度Bx在空间的分布波形相一致。对于稳定运行的同步发电机,长度为1的线棒导体中感应电动势为ex (t)=Bxlv,正比于线棒导体所切割的气隙磁感应强度。
在大型发电机绕组中均匀分布着许多定子线棒导体,这些导体中的感应电动势有效值、频率和波形均相同,但这些感应电动势ex (t)在时间上存在相位差,可由式(2)表示:
其中:n*为定子槽号数;α为槽距角;ω为工频角频率。当第n*号定子槽嵌入的绕组线棒被等分成m个单元,进而得到发电机有源暂态网络模型中线棒导体单元中的感应电动势如式(3)。
根据大型发电机的电磁结构,无源模型中的线棒对地电阻,互感,线棒间电容以及线棒的槽外部分对模型计算精度影响极小,均可忽略不计。进而新型电机模型可用发电机定子线棒单元长度导体电阻R,电感L,对地电容C,接地电阻R0,线棒导体单元中的感应电动势e (t)表示。将各单元模型按其拓扑结构集合起来,构成发电机有源暂态网络模型,如图2所示。
2 过电压的场路分析计算
2.1 过电压的电路分析计算
现场实时监测,采集大型发电机入口端三相线路,得到冲击电压波[Ua(t),Ub(t),Uc(t)]:
其中:Ui (t)为大型发电机定子三相(A、B、C)出线端的冲击电压集合,将其作为发电机有源暂态电路的入口冲击电压源存入实时监测数据库中。在大型发电机有源暂态网络模型的基础上,建立冲击过电压下的大型发电机暂态电路状态方程,求解发电机绕组中的过电压分布。
首先,建立暂态网络节点电压状态方程
式中
其中:系数矩阵Yn为暂态网络的节点导纳矩阵,其矩阵元素以发电机有源暂态电路的电气参数(R,L,C)组成;A为暂态网络拓扑关联矩阵,AT是A的转置矩阵;Vn为发电机有源暂态电路的节点电压向量;Jn为暂态网络节点电流源向量,它由独立电压源的诺顿等效电流向量AYVg表示,Vg由发电机有源暂态电路模型中的感应电动势e (t)组成。
从图2中取出任意一个π型子单元,如图3所示。由对地电容支路得i,i+1节点电流为:
在此单元中,电压关系为:
计算过程中,用时间步长Δt对暂态网络节点电压状态方程进行离散处理,采用计算机数值求解方法,以提高计算速度。离散后电流关系式为:
图3所示的π型电路满足基尔霍夫电流关系。
将式(10)代入式(9),可以获得离散形式的节点网络方程组:
式(10)是一组离散化时间的线性代数方程组,它可由(t-Δt)时刻大型发电机有源暂态网络模型中的单元线棒支路电流和节点电压求出t时刻绕组的节点电位。式中A',B矩阵中的元素与网络模型中的电阻、电容、电感参数有关,而C矩阵中的元素只与电阻、电感参数有关[6,7]。u(t)为待求节点电压向量,u (t-Δt)和i (t-Δt)分别为(t-Δt)时刻的节点电压向量和电感支路电流。
2.2 过电压的电场分析计算
为预测发电机在过电压冲击下绝缘的安全程度,需以过电压和定子电动势作为定子绕组各离散电位的边值条件,计算出定子槽内暂态电场的实时分布[8]。在过电压冲击发电机的过程中,定子槽内的暂态电磁场可由达朗贝尔方程表示:
式中:Am为槽内矢量磁位;φ为槽内标量磁位;δc为电流密度;μ和ε分别为槽内介质的导磁率和介电常数。发电机定子齿槽内绝缘介质各点的电场强度值为如式(13)。
此处仍采用时间离散化的方法求解方程。此外,定子槽长度远大于槽截面的长、宽,进而三维电场可简化为二维电场处理,提高分析计算速度。实时监测每个离散时刻ti的过电压冲击波Ui (t),为时步长有限元分析提供了电场区域的边界条件。
在计算定子槽内电场时,忽略发电机定子槽内介质位移电流,边界效应,集肤效应以及铁芯齿部涡流效应,ti时刻槽内电场满足如下偏微分方程:
式中:Ω为发电机定子某槽在轴向某位置处沿径向槽截面的电场区域;Ut为槽内场域电位函数;ε为槽内场域介电系数;ρt为槽内场域中积累的电荷密度;L1和L2围成场域边界并具有在时间t=ti瞬时的第一、二类边界条件。
将槽内场域Ω离散成亚参三角单元Qi,利用有限元法(FEM)分析槽内电场分布。则大型发电机定子槽内有限单元中任意时刻的场强大小为:
定子某槽截面绝缘介质中任意一点P的暂态场强为:
式中:αi/x,αi/y的值由FEM数据库提供(从有限元数学模型的分析计算中获得[9]);Uti(i=1,2,…,n)的值则由实时数据库提供。
3 过电压的电场仿真分析
以在厂站中发生次数最多的操作过电压为例,分别利用传统无源和新型有源电路模型进行场路综合分析计算,对有6台机组,装机容量为330×104kW的水电站中的6号发电机A相定子绕组1号槽内的绝缘状态进行分析,比较计算结果优劣。
首先构造出操作过电压波形,其数学模型为:
其中:τ1=3 571μs、τ2=83.3μs,波形如图4所示。由于过电压过程极短,通常为几百微秒,取时间步长为Δt=50μs,采集此过电压波数据,存入实时监测的数据库中。
在过电压数据存入相应数据库后,以采集到离散化的过电压数据和发电机运行参数为已知条件,分别由传统的无源电路模型和新型的有源电路模型计算模型各节点电位,得到电场第一、二类边界条件,进而计算出定子槽内的暂态电场分布,并将过电压各时刻电场分布计算结果存入FEM数据库中。以暂态电场分布情况作为判断绝缘介质是否存在安全隐患的依据。
本文仿真计算使用Matlab计算暂态电场的第一、二类边界条件[10],ANSYS有限元分析软件[11]对数据进行电场分析。图5为定子槽内FEM网格剖分图。
在过电压侵入后,选择两个典型时刻分析:机端电压第一次过零点;机端电压为过零点后第一个峰值时,计算定子槽内的电场分布情况,如图6、7所示。图6 (a),6 (b)分别代表过电压波侵入后机端电压第一次过零点时,由定子无源、有源电路模型计算出电场边界条件所绘制出的电场分布图(场强大小由不同颜色表示)。图7 (a)、7 (b)表示在机端电压过零点后第一个峰值时依据两种电路模型计算出电场边界条件而绘制出的电场分布图。图7 (c)为电场强度所对应的色谱图。
由图可知,在机端电压为零时,无源、有源电路模型计算出的电场边界条件相差无几,得到的电场分布图相似,这是由于有源电路模型中的电动势单元电压值为零,该电路模型与无源模型等价。但在机端电压为峰值时,有源电路模型由于有表征线棒切割磁感线的电动势单元作用,电场分布不同于无源电路模型。可以看到上下层线棒之间,下层线棒圆角处电场强度较无源模型计算结果大,与运行中的大型发电机实际情况更吻合。据此推断在过电压冲击下线棒圆角处和上层线棒侧表面与定子槽之间,尤其是上下层线棒之间场强过大,存在绝缘隐患。
4 结论
本文提出的大型发电机有源暂态电路模型,结合发电机场路综合分析,可在线监测发电机定子槽内电场分布情况,预测绝缘安全隐患。该模型考虑了正常工况下定子绕组产生的电动势,在定子绕组模型中加入了感应电动势单元,并将其按不同相角分布在不同定子槽内。此电路模型更符合发电机实际工作特点。通过有源暂态电路模型得到的计算结果可作为电机电场分析的边界条件,进而计算得到的电场分布更接近实际情况。实时监测并存储大型发电机出线端的过电压冲击波,利用FEM分析计算结合图像技术,对处于强电场下的绝缘发出预警信号,实现在线绝缘安全分析。
摘要：传统的定子绕组无源电路模型和电机实际运行工况不符,存在误差。提出定子绕组有源电路模型,考虑了定子绕组切割磁感线产生的电动势,并将其按不同相角计入定子槽内,并对各槽内电动势细分为电动势单元加入定子绕组模型中。利用有源模型进行场路综合分析,可计算出定子槽内电场分布,进而分析定子绝缘安全性。经过仿真计算说明利用有源模型计算电场分布较传统模型的计算精度更高,绝缘故障点预测更加可靠。
关键词：定子有源模型,绝缘安全分析,场路综合分析,有限元法
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定子绝缘 篇5
1.定子线圈截面电场的计算
就大型汽轮发电机的实际情况来看, 其定子线棒截面主要是由4个圆角的矩形面所组成, 具有一定的特殊性, 在四边平板电容以及四圆角同心圆电容的相互影响和作用下, 其电场分布更加复杂, 此种情况下, 必须采用有限原法或者有限差分法来对定子线圈截面电场进行科学地计算, 从而为大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的优化设计提供可靠的数据支撑。就定子铁心的实际情况来看, 其长度比较特殊, 因此可以通过径向断面二维场的方式来进行准确计算。在此基础上通过有限差分法结合等差技术来对网络进行自动划分, 通过标准的线性方程来进行计算, 最终在数理统计处理后, 得出不同圆角半径和不同绝缘厚度下的最大场强和角部电场集中系数。
2.主绝缘介电强度与击穿电压
在大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的优化设计过程中, 定子线圈主绝缘介电强度与其分布电场的最大值之间存在着密切的联系, 随着分布电场最大值的增大, 主绝缘介电强度会随之增大。与此同时, 节点强度会随着定子铁心的长度变化而变化, 定子铁心长度增大的情况下, 介电强度有所下降, 由此可以对击穿电压进行精准的计算, 并明确变换数学模型, 为大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的优化设计提供可靠的支撑。
3.材料利用率与材料的消耗指数计算
在大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的优化设计过程中, 在标准的槽型下, 绝缘材料越少, 其有效材料的实际利用率越高, 此种情况下的消耗指数越低。在实际绝缘结构设计和制造过程中, 通过对股线原有圆角半径进行科学化利用的基础上, 加强设计创新, 促进其绝缘强度的提升, 并提高有效材料的实际利用率, 切实保证大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的设计效果。
4.目标函数
在大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的优化设计过程中, 以提高绝缘强度的条件下, 需要对目标函数进行加权处理, 增大其储备系数, 从而促进目标函数的实现。就标准的数学模型来看, 绝缘厚度不可能增大到铜线宽度, 但在实际运算过程中, 可能会出现非连续的情况, 那么在对目标函数的设计过程中, 应当适度增加约束条件来对变量的实际变化范围进行科学化限制, 明确铜线的圆角半径以及绝缘内部起始游离场强, 从而为大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的优化设计提供可靠的数据支撑。
5.计算方法
在对定子线圈主绝缘结构进行优化设计的过程中, 应当积极提高计算的精准性, 在明确标准函数的基础上, 在规范的区域内实现连续可微, 在极值必要条件下出发, 可以得出相关的线形近似公式, 以保证计算结果的精准性和可靠性。
6.计算结果
通过标准的计算方式来对目标函数及其相关导数方程组来进行求解, 详细计算结果见表1, 以此作为数据基础来实现大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的优化设计, 促进大型汽轮发电机的实际应用价值的提升。
在精准计算和可靠分析的基础上, 可以发现在对大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构进行优化设计后, 不同型号的电机的实际利用率得到了不同程度的提升, 主绝缘击穿电压分别提高了5%左右。就实际情况来看, 由于200MW的机组原有设计相对比较保守, 此种情况下, 其击穿电压明显高于其应用的水平, 此种情况下, 在对大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构进行优化设计的过程中, 不应将重点放在强度的提高上, 而是应当加大力度提高槽满率, 以保证大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的优化设计效果。
针对300MW以及600MW的机组, 在绝缘厚度的设计过程中, 应当实现其结构设计与现代化科学技术的有效应用, 促进其利用率的提升, 将击穿电压控制在15k V~20k V, 以保证大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的社会效益的提升。
结论
在本次大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构的优化设计研究过程中, 主要通过数值法来对角部场强数学模型进行标准的建立, 并在明确多目标函数的基础上, 对大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构进行科学化的设计, 降低其实际绝缘厚度, 并保证击穿电压的实际水平条件, 促进槽满率的提升, 通过精确的计算来得出优化设计相关数据, 切实提高电机出力, 促进大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构得以优化的设计, 维护大型汽轮发电机的稳定高效运行。
大电机定子线圈罗贝尔线棒圆角化不但能提高击穿水平, 而且由于电场分布均匀化, 可提高绝缘内部起始游离场强, 减弱运行过程中内部局部放电量, 提高绝缘运行寿命。
汽轮发电机是与汽轮机配套的发电机。其转速通常为3000转/分 (频率为50Hz) 或3600转/分 (频率为60Hz) 。高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风磨耗, 转子直径一般较小, 长度较大 (即细长转子) 。这种细长转子使大型高速汽轮发电机的转子尺寸受到限制。20世纪70年代以后, 汽轮发电机的最大容量达130~150万k W。
摘要：本文主要通过数值计算法来对大型汽轮发电机定子线圈主绝缘结构进行优化设计, 以促进绝缘运行寿命的提升, 从而维护大型汽轮发电机的稳定运行, 仅供相关人员参考。
关键词：大型汽轮发电机,定子线圈,主绝缘结构,优化设计
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定子绝缘 篇6
牡丹江第二发电厂#5、#6发电机为原苏联生产的TBB-220-2EY3 (210MW) 发电机。于1990年投产, #7发电机为哈尔滨电机厂生产的QFN-200-2型发电机, 于1997年12月投产。我将针对牡丹江第二发电厂#6#7发电机曾经发生的定子绕组绝缘故障进行简要的分析, 以便从中吸取教训, 并采取针对措施, 防患于未然。
1#6发电机 (210MW) 定子绝缘故障
1.1事故原因。牡丹江第二发电厂#6发电机于1995年2月发生定子绕组接地事故。发电机解体后发现故障点在励侧#35槽下线棒距定子铁芯端部600mm处, 铁芯未损坏。此次事故主要原因的由于绝缘老化, 存在绝缘薄弱点, 当系统产生振荡时, 过电压击穿绝缘薄弱处造成的。
1.2处理方法。抬出全部上层60支线棒及#35槽下层线棒, 更换一支下层线棒。
2#6发电机全抬线棒处理铁芯松动
2.1全抬线棒处理铁芯。拆除线棒及所有铁芯紧固件后, 检查发现铁芯松动只在齿尖部较严重, 轭部没有发现松动情况, 此次检修计划将松动磨损的励侧梯形铁芯及直线段第一段铁芯做拆除重新安装, 在施工中发现端部梯形铁芯片间用环氧胶贴固拆下十分困难, 如果强行拆下导致铁芯损坏报废不能使用。检查铁芯松动情况没有预先想象的严重, 处理只是将励侧梯形铁芯及铁芯松动部位用δ=0.5mm的环氧树脂板两侧涂1032绝缘漆插入铁芯松动部位, 在360°圆周内进行均匀插入, 测量铁芯长度最大偏差不超过2mm-3mm, 用500吨卧式压力机24小时加温热压装, 在经过48小时自然冷却压装结束。压装后的铁芯用紧力测试合格。铁芯实验检查1.4特斯拉下, 铁损2.2W/kg, 完全达到《苏联215MW汽轮发电机安全与运行技术》的标准要求。
2.2铁芯松动原因分析。前苏联发电机铁芯在制造厂压装是采用竖直冷压技术, 进行整体冷压 (常温) 48小时, 由于边段梯形铁芯端数较多, 使压指固定铁芯轴线距离铁芯最上端距离过长支撑筋强度较弱, 压装时边段铁芯支撑筋以轴线为支点向下变形, 使通风支撑筋突出, 是造成铁芯松动的直接原因。
3#7发电机定子铁芯励侧端部断齿造成绝缘损坏
2003年5月, #7发电机中修时, 转子抽出后发现转子励侧护环尾部有一条约为30mm宽的油泥带, 随即对定子端部相应位置进行检查, 有发现定子铁芯#24#28#34槽阶梯处有不同程度烧伤, #24#28 (引线) #34定子线棒向位置绝缘也有不同程度磨损。其中#24线棒绝缘损伤程度达3mm。
3.1事故原因。抬出#24-#35槽12根上层线棒, 检查下层线棒未有磨损。从故障点三处烧损位置看, 是生产过程中遗留的缺陷, 由于发电机起停中热涨冷缩不均匀, 因此导致个别铁芯齿部逐渐松动, 过热。发生烧损故障。另牡丹江第二发电厂#7发电机参加进相运行频繁, 由于进相运行的发电机端部漏磁通增大, 导致铁芯发热, 振动磨损绝缘。
3.2处理方法。3.2.1检查铁芯损坏情况, 用紧度刀检查铁芯紧度, 做铁损实验将发热点记录下来。3.2.2用甲苯、白布、不锈钢+插隙刀等材料将断齿处理干净。3.2.3铁芯损坏部分修复、修复时注意:齿的侧面残跟必须整平, 以保证增加的测点温度计与铁齿接触良好。然后, 用0.2mm后的楔在松动的铁芯片间。插入时决不允许挡住齿中间的窄槽。用云母片做好片间绝缘。插片后打绝缘楔。将绝缘楔沾9120漆打入修理铁芯段的合适片间, 然后灌漆处理。多余部分用锯刀处理干净。3.2.4加片后整形。将夹入的绝缘片。云母片和绝缘楔外漏部分清理干净, 铁芯槽内通风沟和赤头上的杂物和灰尘清理干净。3.2.5安装温度计。3.2.6铁损实验。3.2.7安装线棒。
3.3预防措施。下次大修时全面检查定子铁芯齿部、轭部、背部紧固螺丝和压板有无松动。根据实际情况做铁损实验。
4 200MW发电机易发生的绝缘事故特点
4.1事故发生时间。有些发电机第一次事故均发生在投产后不到1年的时间内, 因为机组投运后第一年里是机组暴露缺陷最明显的时期, 也是最易发生事故时期, 因此, 必须重视机组投运后的第一次大修, 一旦发现问题必须及时处理。
4.2事故发生位置。发电机定子绝缘事故绝大多数发生在线圈的端部。而且绝大多数发生在鼻端绝缘盒附近, 这个部位正是由于设计不合理, 绝缘施工工艺差等因素造成绝缘薄弱或存在缺陷的部位, 而且受环境因素 (油污, 水等) 影响最为敏感, 使缺陷迅速发展而造成事故。
5事故原因分析
5.1端部遗留金属异物造成事故。我省曾经发生过多次由于金属异物遗留在发电机内, 磨损绝缘造成故障。发电机腔内遗留金属异物, 运行中在电磁场作用下造成绝缘损坏。对设备安全运行威胁极大, 必须设法杜绝。其主要是由于管理制度不严格, 施工人员责任心不强。检查管理不彻底造成的。因此只要加强管理, 认真检查清理是完全可以预防的。
5.2绝缘击穿相间短路事故。这类事故由于故障区完全烧毁, 很难判断事故直接原因, 归纳起来主要有以下几点原因:5.2.1鼻端绝缘质量差。线棒主绝缘与绝缘盒搭接长度不足, 且未用很好的绝缘带包扎, 只依靠绝缘盒环氧泥抹平, 运行中易出现裂缝, 成为鼻端绝缘弱点;引线接头手包绝缘段固化不良, 整体性差出现分层;绝缘盒内环氧泥填充不满等。5.2.2鼻端盒结构不合理难以保证焊接质量。早期生产的发电机下层线棒12根空心导线一起套入一个水盒的结构, 施工难度大, 不易保证焊接质量持久牢固, 运行中易发生漏水。5.2.3定子线棒端部固定单薄。端部采用18块压板结构的发电机, 有1/3的鼻端未受到压板固定, 处于悬空受振状态, 运行中水盒焊接等质量薄弱处易出现裂缝;水盒接面附近空心股线易疲劳断裂;空心, 实心股线间磨损漏水等。5.2.4机内进油和氢气温度高。发电机绝缘受其运行环境影响很大, 特别是绝缘以存在缺陷时。不利的运行因素 (油污, 温度等) , 将使其以存在的绝缘缺陷发展扩大, 直接造成故障。因此为了降低机内氢气温度, 必须从加强管理入手, 并对氢系统进行改造, 氢气湿度是可以降下来的。另外, 提高封瓦的检修质量和运行水平, 减少向机内漏油, 并设法减少油中的含水量。
以上这些原因虽然严重威胁发电机的安全运行, 但是只要加强管理, 及时采取预防措施, 加强预防性试验和认真检查, 及早发现缺陷并消除, 保持良好的运行环境, 发电机绝缘事故是可以预防的。
综上所述, 保证机组的安全运行, 设备的制造质量、检修质量是前提是基础。因此, 必须重视机组的检修质量。
参考文献
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定子绝缘 篇7
本文在变压器绝缘薄弱点定位装置研究的基础上,根据电机定子绕组的特点,配合脉冲电流法通过电场检测法来判断局部放电位置。也就是在对高压电机定子绕组在进行传统脉冲电流法局部放电测量的同时,配合电场传感器对局部放电信号图谱进行综合分析。从而实现脉冲电流法进行定量、电场信号检测法定位的目的。
1 电场信号定位检测原理
高压电机定子绕组绝缘薄弱处发生局部放电时,产生纳秒级的脉冲电流,根据麦克斯韦电磁理论,在持续如此短的时间内会激发超高频电磁波向周围空间辐射,产生电磁信号频带很宽可达到几十到数百兆赫兹。由于高压电机定子端部结构复杂,通常电磁波在定子中传播时会发生反射、折射和衰减,这些都增加了高压电机定子绝缘薄弱点定位的难度[4,5]。
经过加压测试,磁场探头能收到1 000 p C放电量,而电场探头对于内部放电和表面放电都很灵敏,达到20 p C,所以采用电场探头作为电信号传感器来定位高压电机定子绝缘薄弱点。高压电机局部放电产生300 Hz ~ 1 MHz的电信号,所以选择频带为50 Hz ~ 100 MHz的电场探头。电场探头的结构类似于天线,由三个正交的偶极子天线组成,接收到空间里的电场信号后经屏蔽线传输到后面信号处理电路。这种探头相应速度快,灵敏度较高,动态范围广,适合用作探测绝缘薄弱点的传感器。
2 局部放点位置探测系统设计
高压设备内部发生放电时,会向空间辐射高频电磁波信号。如图1 所示,局部放电探测器利用电场信号定向传感器接收局放电场信号,将电场信号经放大处理后,通过光纤传输到局放分析仪,完成对电场信号幅值和时差变化的分析,确定放电部位的三维空间位置。
如图2 所示,局部放电定位探测器在整体结构上采用一体式设计,利用高压绝缘手柄和光纤隔离高压,保证操作安全可靠。探测器壳体外部安装高压绝缘护套,保证试品和仪器的安全。探测器内安装了电场信号传感器,通过对电场信号幅值和时差变化的分析,可准确定位放电点的三维空间位置。探测器采用可充电电池或一次性电池供电。
局部放电定位探测器电场信号调理模块,由阻抗匹配、前置放大、极性判别、带通滤波、宽带检波和电光转换等模块组成,如图3 所示。
阻抗匹配部分把超声波传感器和后续电路连接起来,确保信号的无损传输;由于接收到的信号一般比较微弱,所以需要前置放大电路对信号进行放大;信号放大后,通过极性判别电路抑制外界的干扰信号;带通滤波电路初步滤除信号中的噪声,提高信噪比;滤波后的信号通过后置放大电路放大后再经过电光转换电路转成光信号再向外面传输。电光转换模块主要是考虑保护操作人员和设备安全而设。由于电场信号频率较高(100 k Hz ~ 100 MHz),大于传统局放仪的通道频带,所以增加了宽带检波电路,对输入信号进行降频处理。
2.1 极性判别电路设计与实现
极性判别原理如图4 所示。现定C1为试品电容,C2为耦合电容。R1和R2为两个阻值相等的电阻,放大器A1和A2的放大增益相同。由平衡电路原理,局部放电、外部放电、空间电磁场干扰都会在R1、R2间产生一个呈指数衰减的脉冲电压。在图4 中当试品电容C1发生放电时,会在回路中产生脉冲电流I1,I1会在R1和R2上分别形成正负不同的脉冲电压。I2为高压端产生的干扰局部放电电流,其在R1和R2两个阻抗上形成相同的脉冲电压。通过极性判别很容易分辨哪个是局放信号,哪个是干扰信号[6,7]。
极性判别电路的原理图如图5 所示。该电路由四个比较器、一个OPA放大器、一个三输入或非门、一个与门电路、一个双路单稳态触发器和一个双路双向模拟开关组成。
2.2 带通滤波电路设计与实现
带通滤波电路如图6 所示。本文中的滤波器采用商用集成滤波器, 采用TI公司的MAX275 滤波器。MAX275 滤波器内含两个独立的二阶有源滤波电路,可分别同时进行低通和带通滤波,也可通过级联实现四阶有源滤波,中心频率可达300 k Hz。
前端电场探头检测到的信号非常微弱( 微伏级),未经阻抗变换和放大时无法通过示波器或局放仪检测到;经过处理的波形通过局放仪检测到的信号如图7 所示。
3 软件设计
局放仪软件系统共有八个模块构成:参数配置模块、数据采集模块、数据提取模块、消干扰模块、统计分析模块、专家智能判断模块、数据分析模块、数据导出及生成报告模块,各模块主从关系如图8 所示。
参数配置模块:用来配置系统的一些主要参数,参数完全开放,人机交互方便;数据采集模块及数据提取模块:模拟信号转化成数字信号,在由数字信号转化成幅值信号供计算机处理;消干扰模块功能:具有静态消干扰、动态消干扰、天线消干扰、极性消干扰、频域消干扰、小波消干扰、数字滤波;统计分析模块功能:提供各种图谱分析,二维图谱(φ-Q图、Q -N图、φ-N图)、三维图谱(φ-Q-N图)、指纹图、时频图等;数据分析模块功能:电压局放趋势图分析,时域图能够任意展开,能够频谱分析、相位分析;专家智能判断系统模块功能:通过波形数据和统计分析数据来判断放电类型及放电严重程度,借助神经网络判断发生那种放电的概率;数据导出及生成报告模块功能:监测数据可以导出,可以保存各种统计图形、趋势图形、时域图形,并且根据用户要求生成报告。软件流程图如图9 所示。
1) 系统初始化。该段程序主要完成微处理器的初始化,如设置处理器的工作频率、配置系统的终端方式、设置状态寄存器的相关标志位等。2)数据采集。通过数据采集通道,独立采集经过处理的电场信号。在采集之前完成数据存储器的清零等工作。3) 数据分析。通过读取数据和设定阈值相比较,判断哪些是有用的放电信号,哪些是杂散信号,从而记录放电信号与系统中预先存储的放电信号对比,找出放电类型和放电程度。
4 现场检验
高压电机定子绝缘薄弱点定位试验包括两个过程,即定相试验和定位试验。定相试验是指采用脉冲电流法分别对电机的三相绕组试验,找出放电量大的绕组,从而可以确定该相绕组存在绝缘薄弱点;定位试验是指针对定相试验找出的绝缘薄弱相,采用电场探测器来逐一检测电场信号强度大的点,从而可以定位绕组的绝缘薄弱点。
4.1 绝缘薄弱点定相试验(脉冲电流法)
采用脉冲电流法进行绝缘薄弱点定相试验,试验前先进行打方波,给出校准值(500 p C),再增加电压进行测试( 每次改变接线方式需重新进行校准)。测量一相绕组的放电量时其他两相绕组接地。
由表1 可以看出U相的放电量最小为1 300 p C,最大为5 000 p C,明显比其他两相大,故在下面的定位试验中用定位探测器来准确定位到U相的绝缘薄弱点。
4.2 绝缘薄弱点定位试验(局放定位探测器)
1) 利用手持式局放定位探测器进行绝缘薄弱点定位:加压过程中U相绕组共测出三处绝缘薄弱位置。
如图10 所示,加压1 500 V时,点1 处:最大处,4 000 p C ;最小处,无。现象:最大处出现绝缘漆破损情况。点2 处因与1 点近,放电情况相近。
如图11 所示,点3 处:最大处,2 000 p C ;最小处,80 p C。
加压2 000 V时,通电线圈槽处,200 p C ;无电处,80 p C。点1 处:4 400 p C ;点2 处:3 900 p C ;点3处:4 400 p C。
现象:出现在垫块处。幅值变化不大,但是放电根数增加。分析:如果是传过来的放电,图像相位分布应近似。图形对称,周围介质均匀。放电出现在1、3 象限,此时是电压升高处;2、4 象限电压降低,不放电。
2) 测三个放电点处在不同电压下的放电情况:定位试验数据如表2 所示,这三组数据都是测量U相绕组所得,从这三组图中可以看出放电最大处都在3 000 p C之上,且都快接近最大放电量,所以这三个最大放电处就是U相的绝缘薄弱处。
5 结语
由绝缘老化破损需要大修的高压电机无论是从财力还是时间上讲都耗费巨大。例如本次试验的江都站共33 台高压电机,近20 年共发生16 次因电机绝缘老化损坏进行大修处理或更换,通常返厂维修需要数月时间。按现行情,一台主机组大修费用约在23 ~ 40 万元,主机定子根据损坏程度修复费用约在10 ~ 55 万元。平均计算,一台主机组大修费用30 万元,电机绝缘修复费用30 万元,共需960 万元。如能及时发现电机缺陷并及时处理,按30% 计,可节省费用288 万元。
本文根据高压电机局部放电的特性研制出一种手持式局部放电探测器,配合局放仪进行电机定子绝缘薄弱点的定位。从探测试验结果来看,手持式局部放电探测仪能准确的定位到定子端部的绝缘薄弱点位置,从而能采取有效的措施来弥补绝缘薄弱处,降低电机因绝缘故障而出现问题的几率,大大减少由于电机返厂带来的不必要损失。
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[6]白国兴.局部放电脉冲极性鉴别法在变压器高压绝缘故障定位分析中的应用[C]//全国电工测试技术学术交流会论文集,2002:90-92.
定子绝缘 篇8
某电厂1台100MW汽轮发电机大修并网运行仅4个月就突发了一起定子绕组短路事故。事故发生前该机带额定有功负荷正常运行, 无功功率40MV·A、定子电流6.1k A、定子电压10.1k V、转子电压220V、转子电流1230A。事故发生时“发电机纵差”、“发电机定子接地”、#4发电机“负序过流”等保护动作, 发电机与系统解列。发电机励侧端盖崩开, 绕组绝缘着火冒烟, 内冷水不断往外喷射, 励侧定子端部绕组渐开线端头距绑环15mm处A相和C相出口引线间对地弧光短路, 造成2根线棒烧断, 相邻槽线棒手包绝缘被电弧灼伤, 线棒对端盖有闪络痕迹, 线棒水电接头处绝缘烧毁。
对被烧断的引线进行解剖检查发现该线棒绝缘严重分层, 其所采用的绝缘材料已脆化, 铜棒表面铜锈较多。分析认为:该汽轮发电机是早期产品, 由于制造工艺、质量、所用绝缘材料、运行条件等因素影响, 存在定子端部绕组接头手包绝缘、引线接头等绝缘薄弱环节。另外, 该发电机设计带基本负荷, 由于近几年来频繁地参与调峰, 致使定子铁芯和绕组的膨胀差在定子端部支撑系统中引起交变应力, 从而导致定子绕组端部结构振动, 定子绝缘磨损、腐蚀, 定子绕组端部支撑结构、定子槽部磨损及定子端部部件有害变形, 加上焊接头焊接质量不好 (焊接处的疲劳强度低于铜线的疲劳强度) , 于是在焊接处产生微小裂纹, 出现较小的漏水点, 包上绝缘后很难发现;随着漏水点周围浸湿绝缘部位的增大, 因潮湿引起定子绕组局部放电, 局部放电很快导致绝缘老化和破坏, 从而引起与其上下相邻的线棒发生相间短路, 在水流、水汽及金属离子的作用下, 致使槽端部水电接头处对地 (端盖) 放电。
2 发电机定子绝缘
2.1 一台3.
2MW水轮发电机组, 在一次启动前检查绝缘电阻的的时候发现定子绝缘降低至1M, 转子绝缘电阻降低至100欧姆 (怕测量和仪表的问题, 用不同型号的绝缘电阻测试仪分三组人员分别测量) 。检修人员对其外部进行了详细的处理, 故障一直不能排除。后决定抽转子检查, 抽出转子之后复测绝缘电阻值都达到了运行要求, 无论怎么检查查找都没有异常再出现, 对定子线圈做直流耐压也合格。出现此类问题应当说较为常见!尤以南方为甚。一台正常运行的机组停下来几天甚至几小时, 绝缘就会急剧下降, 尤以运行时间较长的机组更为普遍!通常的解决办法为抽芯、除尘和加热等, 原因主要是空气太潮湿、内部灰尘太多所至。
2.2 发电机定子用2500v摇表测量, 其值不低于上次测量的三分之一至五分之一, 吸收比大于1.
3。发电机励磁回路用500~1000v摇表, 其值不低于0.5M。测量发电机定子回路绝缘电阻用2500V摇表测量。测量结果与上一次相比较应无明显降低。如果低于上次的1/3~1/5应查明原因及时消除, 测量值一般不低于1MΩ/kv。测量发电机的吸收比R60'/R15'≥1.3。测量发电机励磁回路绝缘电阻用500V摇表。励磁回路绝缘电阻不低于0.5MΩ。
2.3 发电机定子绝缘测量定子测量绝缘的条件
2.3.1 发电机充氢至额定0.3MPa。
2.3.2 定子冷却水系统投运正常且定冷水电导率合格 (0.5-
1.5μs/cm) 。
2.3.3 拉开发电机中性点接地刀和发电机出口PT。
定子绕组绝缘测量方法与标准:对于一个温度为20℃和水的电导系数正常的发电机用1000~2500V专用摇表三相测试1min, 对地阻值应不小于25兆欧, 并且其绝缘吸收比应大于1.3, 若测得值低于25兆欧, 则认为不合格, 绝缘不合格时不得将机组投运, 应汇报值长和运管部、设备部主任 (副主任) 是否将机组投运。测量绝缘电阻后, 必须对地放电, 防止带电伤人。
2.4 发电机摇绝缘一般指的就是遥定子的绝缘 (吸收比) , 一般用2500V的遥表检查它的定子线圈绝缘电阻。
吸收比60S时所读取的绝缘电阻值与15S时的绝缘电阻比值。比值只要大于1.3就视为合格可以投入运行。
2.4.1 确认发电机出口开关断开, 断开刀闸, 合地刀。
2.4.2 将发电机定子出线软连接解开, 如果盘车未停, 则解开时注意先用接地线将三相短接接地, 防止被感应电触到。
解开定子出线软连接相当于将发电机给隔离开, 这样到时候摇的绝缘就是发电机的绝缘, 而不会受出线封母、变压器或者出口开关的影响。
2.4.3 摇之前检查一下定子汇水管的接地线解开了没, 要解开。
2.4.4 接下来开始摇绝缘, 你们的30万发电机定子额定电压应该是20k V左右, 所以用2500V摇表摇。
如果摇A相绝缘, 则将BC相短接接地, 以此类推, 摇出三相各自的绝缘出来。每摇完一相, 就要对其短接接地使其充分放电, 才继续拆接线摇下一相。
2.5 发电机定子绕组端部的口部垫块松动的处理
发电机定子线棒出槽口部位的垫块是用于加固定子出槽口处的机械强度, 因此对于定子线棒端部的抗振动和抗冲击都有很好的加强作用。口部垫块的结构也是斜楔对, 在安装结构型式上, 大致有两种:一种是采用适形毡工艺的方式固定;另一种是斜楔对直接打紧在线棒的两端, 然后采用绑绳绑牢。在检修中常发现有口部垫块松动的现象。处理口部垫块的松动, 前一种方式还是按原工艺方式固定来处理, 适形毡浸胶的配方按厂家原标准不变。后一种固定方式可按原工艺固定, 也可根据实际情况进行改进, 以保证垫块的可靠性, 即改用适形毡的方式固定比较好一些, 此时需对口部垫块进行局部加工。严格地说, 这后一种固定方式是不妥的, 硬对硬的连接无法避免产生空气隙, 在端部槽口不均匀高压电场的环境中会出现局部放电, 因此采用前一种固定方式为好。对于原采用适形毡工艺固定的口部垫块, 在拆、装口部垫块时, 如原适形毡撕下时损伤了线棒表面防晕层, 应仔细测量该处距铁芯的实际高度尺寸。对照图纸确认是在低阻区还是高阻区, 然后进行相应的防晕处理, 防晕处理完成后, 才能回装口部垫块。否则会影响线棒端部的防晕, 造成新的问题。有的口部垫块原采用适形毡固定无绑扎结构, 如果处理松动问题, 在按原工艺完成适形毡固定后, 为防止垫块再次滑动损伤线棒, 可用0.35×35无纬玻璃丝带绑扎、浸胶, 特别是端部振动大的机组, 应加固处理。
3 结语
发电机端部绝缘状况测试主要是检查定子端部水接头的微漏水, 因此应加强对水电接头焊接质量的密封性检测。气体检漏的试验方法精确度较高, 建议各单位 (包括水氢氢冷却的发电机) 积极应用气密检测检查水接头严密性。定子绕组漏水, 不少是由于制造质量不良引起, 影响焊接质量的因素为钎焊金属表面的清洁度、套装间隙和焊接温度的控制, 再加上焊工的操作技巧和钎料、钎剂的质量。因此制造厂应加强管理, 避免类似缺陷发生。
摘要：近年来, 大型汽轮发电机常在无任何先兆的情况下发生事故, 反映出目前的常规试验项目和试验周期存在一定的局限性, 一些事故先兆信息不能及时捕捉到。因此, 研究对发电机组有效、及时的测试手段是十分必要的。
关键词：汽轮发电机,定子端部绕组绝缘,故障检测
参考文献
[1]李伟清.汽轮发电机故障检查分析及预防[M].北京:中国电力出版社, 2002.[1]李伟清.汽轮发电机故障检查分析及预防[M].北京:中国电力出版社, 2002.