文　摘　神頭發電廠1號機組系國產雙水內冷型機組，於1992年3月10日和4月20日兩次出現定子線圈端部漏水，通過漏水、電暈與電腐蝕等異常情況的分析，找到了相應的對策，確保了機組的安全運行。

　　神頭發電廠一期安裝了2臺北京重型電機廠生產的、75 MW的雙水內冷發電機，型號為SQF-75-2，分別於1977年2月和12月投產。曾多次出現定子線棒端部漏水現象，威脅發電機的安全運行，通過對雙水內冷機組常見的漏水、電暈與電腐蝕異常現象的分析提出了對策，確保了機組的安全運行。

1　定子線圈電暈及電腐蝕原因分析

　　電暈和電腐蝕是造成發電機定子線圈絕緣損壞的主要原因之一。工作電壓在6 kV以上的電機有可能出現電暈，電暈在空氣中出現時要產生臭氧及氮氧化合物，當水蒸汽與上述氧化物結合后形成對絕緣物具有腐蝕作用的酸類物質。一般在固體絕緣材料和槽壁間的狹窄氣隙以及具有較大電場強度的繞組出槽部分和通風槽等地點最容易出現電暈。
　　電腐蝕有兩種情況：一種是發生于定子線棒防電暈層和槽壁之間，稱為外腐蝕；另一種是發生于防電暈層和主絕緣之間(一般須剝去防電暈層后才能看到)，稱為內腐蝕。從調查資料得知，發電機定子線的棒外腐蝕的基本原因是由于線棒和槽壁之間存在著間隙。線棒和槽壁之間出現間隙的原因有以下幾個方面：作為線棒主絕緣的環氧樹脂粉云母絕緣材料是熱固性的，不象熱塑性瀝青片云母絕緣材料，在運行溫度下能受熱膨脹而填補線棒和槽壁之間的空隙。它在運行溫度下幾乎不受熱膨脹，不能填補槽內空隙。由于線棒防電暈層與槽壁之間失去電接觸，使兩者之間的電位差加大。當間隙的電場強度超過某一數值時，將在防電暈層和槽壁之間產生高能量的電容性放電。這種放電所產生的加速電子對定子線棒表面產生熱的和機械的作用。有時生產廠家制造時定子線棒尺寸偏小，槽楔打得不緊，鐵心疊片不齊，以及墊條材料使用不當等原因，致使線棒和槽楔、槽壁之間接觸不良或出現間隙。此外，放電使空氣電離而產生臭氧和氮氧化物與氣隙內水蒸汽作用，引起線棒表面防電暈層、主絕緣、槽楔、墊條的燒損和腐蝕，形成新的間隙。線棒主絕緣和防電暈層之間出現內腐蝕的主要原因是由于線棒主絕緣和防電暈層之間存在著局部間隙。出現間隙的原因主要是因為所使用的防電暈半導體漆滲透性差、附著力不強，造成漆膜粘附不牢，使主絕緣和防電暈層之間開脫。其次是線棒在進行防電暈處理前主絕緣表面未清除干凈(例如主絕緣表面殘留的硅橡膠脫模劑、未剝掉的聚酯薄膜等)，使主絕緣和防電暈層之間形成間隙，此外主絕緣表面不平整，有凹坑，特別是當主絕緣表面貼補時，在貼補邊緣也往往形成氣隙造成內腐蝕。內腐蝕和外腐蝕一樣與線棒所處的電位有密切關系，運行經驗證明，處于電位較高的線棒發生內腐蝕的幾率較大，而處于低電位的線棒其發生內腐蝕的幾率較小。
　　考慮到線棒在槽內總有氣隙，且線棒與槽壁之間接觸面積小，可以作出圖1所示的等值電路。
 

圖1　線棒在槽內的等值電路
C1——主絕緣電容；C2——氣隙電容；U——線棒上
施加的電壓；R——主絕緣表面與槽壁的接觸電阻

　　由圖1可得到：

 

　　由上式可見，氣隙中所承受的電壓U2和線棒尺寸、主絕緣材料及材料的厚度有關。現地采用的環氧粉云母帶相比較，當絕緣厚度線棒尺寸相同時，前者的介電常數較大，因此環氧粉云母帶絕緣線棒的電容量C1較瀝青云母帶絕緣線棒的電容量約大25％左右。因此在外加電壓U及線棒表面與槽壁間尺寸相同時，環氧粉云母帶線棒較瀝青云母帶線棒容易產生放電。當線棒尺寸、主絕緣材料 及材料厚度一定時，即C1為常數，氣隙上所承受的電壓U2和加在線棒上的電壓U有關，U越高，則U2也高。但加在線棒上的電壓U又和相組額定電壓越高，或線棒在運行中所處的電位越高，則氣隙上所承受的電壓U2也越高，越容易產生放電。調查資料也表明，處于較商電位的線棒比處于較低電位的線棒發生電腐蝕的幾率高許多倍。
　　氣隙上承受的電壓U2還和C2及主絕緣表面與槽壁接觸電阻有關。由于電機在運行中線棒受到雙倍系統頻率(100Hz)壓向槽底的力，以及機組本身的機械振動作用，使電暈層和槽壁間產生相對位移，因而接觸電阻增大，氣隙上所承受的電壓U2就增加，于是就越容易放電。線棒防電暈層和槽壁間的相對位移還使得在防電暈層與槽壁脫離接觸的瞬間在氣隙上形成很高的電場，導致間隙放電。
　　此類故障在雙水內冷機組和檢修工藝不良的機組上曾時有發生，應引起足夠的重視。

2　定子常見泄漏地點及原因分析

　　(1) 絕緣引水管破裂漏水。由於絕緣引水管有時相間交替重疊，在長期運行后，因機械磨損或引水管表面爬電，使絕緣引水管表面開裂。在高電壓和冷卻水壓的作用下爆破而大量漏水。
　　(2) 接頭焊縫處漏水。空心導線與接頭間的焊縫、空心導線與U形管并頭套之間的焊縫、紫銅和不銹鋼接頭焊縫，以及總進出水管與不銹鋼接頭焊縫，若個別焊縫存在未焊透缺欠，在長期運行后，由于長期的振動，焊縫開裂，造成漏水。這兩次漏水均屬這一原因。
　　(3) 定子端部冷卻元件銅管破裂而漏水。
　　(4) 空心導線由于長期受冷熱溫差的影響，造成裂縫而漏水。
　　(5) 由于設計、安裝質量存在隱患而造成運行中漏水。

3　防止電暈和電腐蝕的技術措施

　　為了防止在定子線棒絕緣和槽壁間的狹窄氣隙中產生電暈，可在線棒直線部分的主絕緣表面用0.6～25 mm或0.4～25 mm的石棉帶平繞一層，也可用0.6 mm或0.4 mm的玻璃絲平繞一層，然后涂長度表面電阻值為(1～100) kΩ／cm的低電阻半導體漆，兩端延伸到槽口外70～130 mm。延伸的長度宜根據發電機定子的電壓等級來決定。在涂刷半導體漆時，必須涂透；同時，可在槽內表面噴低電阻環氧半導體漆；在槽底、層間、槽楔下均用半導體墊條；下線時根據線棒與槽配合的松緊程度，在線棒外圈包不同層數的低電阻半導體破璃布等。這樣就使絕緣表面與鐵心間有均勻的半導體接觸，使其獲得與槽壁相近的電位，或使它與鐵心間的電位差減小，改善防電暈條件。發電機有采用電阻分壓法和電容分壓法相結合的防電暈措施，也有采用非線性碳化硅半導體漆的防電暈措施。從生產現場運行經驗得知，采用非線性碳化硅半導體漆的措施比較好。因其工藝簡單、檢修方便、運行效果良好。
　　調查資料表明，氫冷發電機電腐蝕現象較少，而水冷機組電腐蝕現象比較嚴重。究其原因，可以認為氫冷機組密封較好，定子內部所含水蒸汽、氧氣較少，因此減輕了由于放電產生的臭氧、氮氧化物和水蒸汽的化學作用而引起腐蝕的可能性。水冷機組因其線負荷大，運行中線棒所受電磁力較大，運行中上下振動造成線棒和硅鋼片磨損，破壞了防電暈層，使線棒和槽壁之間所承受的電壓升高，容易造成電腐蝕。另外，有些處于低電位的線棒也有不同程度的電腐蝕。但是，多數低電位線棒是與高電位線棒同槽且高電位線棒有較嚴重的電腐蝕。因此，可以認為，低電位線棒表面損壞的原因除由于磨損外，更重要的是由于受到同槽高電位線棒電腐蝕的影響而造成的。從六十年代開始，我國應用環氧粉云母代替過去的瀝青片云母作為高壓大容量發電機定子線棒主絕緣材料。運行經驗證明，環氧粉云母片絕緣材料比瀝青片云母絕緣具有抗電強度高、絕緣厚度薄，耐熱、耐油等優點。但也暴露出來一些問題，較為嚴重的是定子線棒絕緣的電腐蝕。調查材料指出，有的機組定子線棒絕緣的腐蝕量占電機總線棒根數的70%左右，腐蝕深度可達到2～3 mm。
　　根據腐蝕程度，外腐蝕有下列征象：(1) 輕微外腐蝕，線棒防電暈層由原來的黑灰色局部或全部變成深褐色；(2)較嚴重外腐蝕，線棒防電暈層呈灰白色并有不同程度的蠶食現象，局部酥化，部分主絕緣外露；(3)嚴重外腐蝕，線棒防電暈層大部分或全部變酥，甚至全部脫落，主絕緣外露且被燒灼成麻點或麻坑。此外，槽楔與線棒間墊條及槽底墊條也都有不同程度的腐蝕，有的被燒灼成蜂窩狀，甚至完全燒光。內腐蝕在剝去防電暈層后能看到下列征象：(1)輕微內腐蝕，線棒防電暈層內表面和主絕緣外表面略有小白點；(2)較嚴重內腐蝕，線棒防電暈層內表面和主絕緣外表面呈黃白色；(3)嚴重內腐蝕，線棒防電暈層內表面和主絕緣外表面大面積變白，并有許多白色粉末。
　　運行中的線棒由于受到每秒鐘交變100次的徑向電磁力的作用而發生振動，引起線棒防電暈層逐漸磨損，致使線棒表面和槽壁間失去電接觸，加劇了電腐蝕。上層線棒和下層線棒同槽且同相時，上層線棒所受的徑向電磁力是下層線棒的3倍左右，因而上層線棒表面防電暈層更容易被磨損，從而使上層線棒發生電腐蝕的幾率增多。

4　神頭電廠雙水內冷機組漏水處理原則

　　(1) 如果定、轉子導線有明顯危及安全運行的漏水現象，應緊急停機，以免發生設備損壞事故。
　　(2) 如只出現滴水或滲水現象，則允許適當降低進水壓力，相應降低機組負荷并加強監護，與上級調度部門聯系，盡早安排停機檢修。
　　(3) 如果查明機殼內的水是由于輕微的結露所引起的，則應提高發電機的進水溫度，使其高于機殼內空氣的露點。為了清除結露現象，對于出現結露的部分應做好記錄，以便在檢修時將易結露的部分加強絕緣。

5　值班人員維護雙水內冷機組重點工作

　　(1) 要隨時掌握冷卻水水質情況，水質必須符合標準(硬度小于10 μg／L，電導率小于5μS／cm，pH為7～8)。如果水質不合格，要進行必要的排污并補充質量合格的除鹽水，直到水質合格(良好)。
　　(2) 運行人員應監視進水溫度，入口水溫一般不超過40℃，當發電機進水溫度超過50℃時，首先應對冷卻器采取措施，提高其冷卻效率。如果仍不能達到要求，且發電機的定子、轉子線圈的出水溫度及定子線圈溫度也已超出允許值時，則應降低發電機出力，防止發電機超溫損壞。
　　(3) 當定子導線間的測溫元件溫度指示異常時，運行人員在確認測溫元件無誤后，必須調整冷卻水系統的壓力、流量，例如調節進水閥門，改變進水流量，降低進水溫度。必要時，降低機組出力甚至停機，進一步查明線圈的冷卻水管路是否局部堵塞。
　　(4) 運行人員還應及時調節發電機冷卻水的流速。根據流體力學原理，水的流速太低，會產生層流，減弱傳熱效果。水的流速在0.5～2 m／s為好。
　　(5) 發電機在運行過程中，值班人員不但應檢查窺視孔內情況，還應定期察看發電機下部出線小間內是否有集水情況。如發現水跡，但不能確定是漏水時，應加強監視。若漏水情況已確定，但并不嚴重，電網負荷緊張而不允許立即停機時，可適當降低進水壓力直至發電機允許的最低進水壓力，并按照出水溫度相應地減少機組負荷。如此時漏水現象消除，則仍可作短期運行，待系統允許時，再停機檢查。若降低水壓及減少負荷后，漏水現象仍未消除，則應立即停機，進行處理。
　　(6) 當漏水檢漏計發信號時，首先應檢查檢漏計電極是否有污染；其后應仔細檢查發電機端部繞組、水管、接頭等部位，一旦發現缺陷，則應立即停機處理。
　　(7) 發電機運行過程中，應檢查轉子進水密封裝置是否正常工作。