1号
1999年6月
231槽上层线棒在上游侧槽部槽口处发生线棒主绝缘击穿
2001年7月
195槽上层线棒在上游侧槽部槽口处发生线棒主绝缘击穿
2003年6月
C相74槽下层线棒端头与极间连接线(跳线)接头处起弧烧断
2号
2003年6月
222槽下层定子线棒在上游侧槽部槽口处发生线棒主绝缘击穿故障
2003年6月
203槽定子上层线棒与下层线棒并头套处开焊
3号
2002年2月
B相188槽上层线棒与中心点汇流排连接板焊接处开焊拉弧引起与之相邻的C相187槽上层线棒短路烧断,189槽、187槽靠上游侧并头套及线棒端头股线均被电弧严重烧伤
三、定子绕组绝缘在多因子作用下的老化特征
发电机主绝缘(定子绝缘)在长期的运行过程中,要受电、热、机械和环境等应力因子的联合作用,其机械性能和介电性能逐渐变坏,电气强度降低,即所谓的老化,最终导致绝缘击穿。据统计这类事故大约已占发电机事故总数的三分之一。对发电机绕组多次事故进行现场检查,不难确认发电机的主绝缘已发生明显的老化,且导致了铁芯腐蚀,特别是发电机定子绕组上游侧槽口部已发生严重的热腐蚀和电腐蚀现象。
3.1定子绕组绝缘在电场作用下的老化特征
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,局部温度可达到1000℃,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属于流注状高气压辉光放电,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。
203+2N2=6N0 2N0+02=2N02 3N02+H20=2HN03+N0
在局部放电作用下产生的•0和•N作用生成N0×,与湿气作用生成硝酸。
•0+•N=N0 N0+•0=N02 2N02+2H20=2HND3+H2↑
酸对绝缘产生腐蚀作用,导致绝缘老化。在局部放电作用下环氧树脂产生如下的化学老化过程,气隙中的空气在局部放电作用下生成•H、•O、•N与环氧树脂作用生成羟基化合物,羟基化合物与•0反应生成羟酸。
—0—C—R—C—0—+•H —R—C—H
在局部放电的作用下生成。
—K—C—H+•0 —R—C—0H。
局部放电发展形成树枝状放电,使绝缘内部产生树枝状放电痕迹,引起主绝缘老化,最终形成放电通道而使绝缘破坏。
定子线棒槽部防晕层与槽壁之间的气隙内发生的放电称为槽放电。由于线棒防晕层的表面电阻率较高,而防晕层表面与槽壁之间有气隙,接触点越少,越容易发生槽放电,槽放电对定子线槽绝缘的损伤可分为接触电腐蚀和放电损伤两个阶段。在第一阶段,线棒的电磁振动使防晕层铁芯之间的接触逐渐受到破坏,接触电阻急剧加大,接触点数量相应减少,使防晕层腐蚀。在第二阶段,当线棒表面电位超过巴申曲线最低值后,发生火花放电。
3.2 定子绕组绝缘在热的作用下的老化特性
定子线棒绝缘在热的长期作用上发生热裂解,在热和氧的作用下发生氧化裂解,在热和水份的作用下发生水解,在热的作用下绝缘材料的分子链继续聚合,使绝缘变脆。由于这些反应的作用,使绝缘内部变疏松,从而使其电气机械性能下降,导致绝缘产生热老化。
热老化寿命与绝对温度的关系为:
Int=B/T+A
式中t——老化时间(s);
T——绝对温度(k)
A、B——与运行条件和绝缘材料有关的常数。
3.3 定子绕组绝缘在热机作用下的老化特征
多次冷热循环在绝缘中产生的热机应力是无法消除的,它极大的影响热固性绝缘的状态,降低绝缘寿命。随着冷热循环次数的增多,定子线棒绝缘的击穿电压逐渐降低。
3.4 定子绕组绝缘在力的作用下的老化特征
电机在运行过程中,由于定子线棒绝缘长期经受各种力的作用,使得定子线棒产生振动和弯曲,定子线棒多次地受振动和弯曲,导致绕组端部变形,股线移动,造成绝缘磨损并在绝缘中积累很少的微小损坏,形成机械老化。
振动的作用导致的老化即振动老化将加剧热老化,热老化促使振动老化的加剧;而热老化使得绝缘材料的机械性能下降,振动将降低绝缘寿命。振动较严重和周围环境温度较高条件下运行,其绝缘破坏要比正常绝缘快几倍。
四、寿命预测
4.1 破坏性测试预测绝缘寿命
国外有关文献认为:当击穿电压值下降至初始值的50%以下时,即为该绝缘的寿命终点。当电机在按照设计要求运行并得到较好的维护时,绕组绝缘的击穿电压与运行时间基本上呈线性关系。此时,
寿 命L=50%÷绝缘击穿电压的年平均下降率(年)
剩余寿命L1=L-实际运行年份(年)
4.2 非破坏性测试预测绝缘寿命
把剩余击穿电压当做表示平均老化程度的放电参数△和表示局部老化的最大放电量Qmax的函数来求取,简单地说,就是通过非破坏性试验预测线圈的剩余寿命,称为D——图像法。其经验公式如下:
UBD=100-A(△-B)-ClogQmax
式中 UBD——剩余击穿电压与原始击穿电压的百分比
△ 放电参数,即△tgδ与△I之和
Qmax 额定电压下的最大局部放电量
A、B、C 常数
△tgδ 指额定电压UN下的tgδN和起始游离电压下的tgδO之差值
△I 交流电流增长率,即△I=(I-I0)/I I为额定电压下的电流;I0为主绝缘上有外施的交流电压时,随着电压增加第一个电流急增点的电流。
五、结语
5.1值班人员进入发电机机腔内能嗅到刺激的臭氧和酸味时,说明发电机绕组局部放电比较严重,应立即采取预防措施,防止绝缘继续老化,对绝缘电气机械性能状况进行监测,保证机组运行的可靠性,延长机组的运行寿命。
5.2 对运行的水轮发电机环氧粉云母绝缘绕组的非破坏性及破坏性绝缘寿命预测,可以把握发电机绝缘老化状态和老化程度。建议对本站2号机扩大性抢修更换下来的发电机定子线棒使用D——图像法进行绝缘诊断,推断其剩余寿命,作出局部绝缘处理、局部绝缘更换及全部线棒更换的抉择。
5.3进一步探讨研究水轮发电机环氧粉云母绝缘线棒绝缘劣化判断标准,得出理论算式,为老化鉴定和预测绝缘寿命提供理论依据。
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