SFWG15―68/5700型发电机定子绝缘事故原因分析

【摘 要】 介绍SFWG15―68/5700型灯泡贯流式水轮发电机定子绝缘事故的情况，分析研究认为发电机上游侧端部铁心片拱出其主要原因是：（1）机组内部通风道设计不合理；（2）设计燕尾筋数量不够；（3）空冷系统效果差。针对问题，采取相应的技术改造措施进行技改，保证机组安全稳发满发。

【关键词】 定子铁心片拱出 切割线棒 绝缘击穿 原因对策

1 前言

三明斑竹水电厂安装有三台灯泡贯流式水轮发电机，型号为SFWG15―68/5700，额定容量SN=16666KVA，额定功率PN=15000KW，额定电压UN=6300V，额定电流IN=1527.4A，额定功率因数COSΦ N=0.90（滞后），额定转速NN=88.2r/min，额定励磁电压UfN=227V，额定励磁电流Ifn=866A，定子绕组接法Y（波绕），绝缘等级：F级，由克瓦纳杭州发电机厂制造。1998年5月21日，#2发电机安装完毕，投产运行，在运行中发现有功和无功不能同时带满，运行中机组定子铁心上游侧在带满负荷时，温度长期在110℃―123℃之间（因各槽温度不同），上游侧和下游侧定子铁心温差高达30℃―50℃。#1机投入运行以来，也存在着#2机同样的缺陷，特别是#1机在夏天运行时，有功带至7000KW时，定子铁心上游侧温度超过120℃，（注：F级绝缘的机组定子，厂家要求定子温度不许超过120℃）。因此，#1机在正常情况下运行，只能带7000KW以下的负荷。

2 事故情况

1999年4月6日#2机C相接地，经过检查发现#2机定子铁心硅钢片靠上游侧第一层到第四层成阶梯形整圈拱出，其中第一层铁心硅钢片拱出4.5―9mm不等。这些拱出的硅钢片把槽内下层线棒的绝缘全部破坏，造成下层线棒全部不能使用。检查#1、#3机定子，发现上游侧第一层至第四层铁心硅钢片有不同程度的拱出。经与厂家协商后，由厂家负责对三台机组定子进行技术改造。三台机组定子全部进行铁心硅钢片（日本进口R310）更换，加装挡风板，端部粘胶剂改用进口产品，改进制造工艺等。三台机组全部进行技术改造后，定子上游侧温度最高还会达到120℃（但和改造前比，下降3-10℃），#3机投入运行三个月时间，于2002年7月11日运行中发生定子C相一点接地故障，经检查又是定子上游侧铁心硅钢片局部拱出，把槽内下层线棒的绝缘破坏。对#1、#2机检查也发现定子靠出线侧（上游侧）定子铁心硅钢片有局部拱出现象。

3 事故原因分析

（1）斑竹电厂三台机组在运行时，都存在定子上、下游两端温度相差很大的问题（上游侧温度高达120℃而下游侧温度只有70-80℃）。

灯泡贯流式机组因为整台机组都在水下，因受位置条件的限制，机组在运行时热量无法扩散，都需要采取外部强送冷风进行定子、转子冷却，以降低机组在运行的温度，因此，机组风道设计是否合理，直接关系到定、转子温度的高低，SFWG15―68/5700型灯泡贯流式机组风道设计不合理是导至机组运行时定子上游侧铁心温度异常高的原因。原始风道设计太宽，机组在运行时，负荷带到6000千瓦（设计额定负载15000千瓦）机组上游侧温度高达120℃（设计机组最高温度120℃），虽然第一次技术改造把转子上游侧磁极之间第一次技改时加装了挡风板，机组负荷带到额定负载15000千瓦，但是上游侧温度还是高达120℃，因轴流风机从上游侧送进冷风，因转子支架风道设计太宽，大量冷风还是通过风道直接吹到定子下游侧，而定子上游侧只有少量冷风，定子上游冷却效果还是很差，因而机组在运行时上游侧铁心温度很高（120℃）。冷却水使用内循环，空冷系统效果也较差，也是造成铁心温度高的另一个原因。

（2）SFWG15―68/5700灯泡贯流式机组定子铁心硅钢片上游侧会拱出，而下游侧则不会拱出，我们从定子铁心上游侧和下游侧差别的方面进行分析，机组在运行中，上游和下游两侧定子铁心温度相差很大，因此温度高是定子铁心硅钢片拱出的根源。定子铁心硅钢片热胀冷缩，正常情况会复位，但这三台机组定子铁心硅钢片为什么热胀冷缩而不能复位而拱出呢？

机组开始运行后，辅助设备投入，定子温度均匀，定子铁心硅钢片和上端部齿压板要热膨胀伸长，上游侧定子铁心硅钢片和齿压板温度在一定范围内是一起膨胀向内伸长，因为胶粘剂未溶化（靠上游侧端部定子铁心硅钢片10CM之间的硅钢片用特殊强力胶粘剂粘合），有胶粘剂的作用，如（图1）所示。

温度升到一定时，粘胶剂溶化（80℃以上粘胶剂溶化），铁心硅钢片和齿压板之间磨擦力变小，定子铁心硅钢片和上端部齿压板不是一起热膨胀向内伸长，铁心硅钢片是向两端部伸长，齿压板因有外壁作用而只能向内伸长，温度最高时（120℃）硅钢片和齿压板停止伸长，处于相对稳定状态。停机后，定子铁心硅钢片及齿压板温度同时下降，定子铁心硅钢片及齿压板收缩，当定子铁心和齿压板温度大于某一值时（80℃），粘胶剂起不到固定效果，因此铁心硅钢片和齿压板不是一起向外收缩，铁心硅钢片是两端向中心收缩。因停机后辅助设备切除（风机切除），定子温度不均匀，齿压板温度下降较快（结构原因，齿压板和外壳直接焊接连接，外壳又直接和流道水接触，硅钢片和外壳有10CM的间隙），定子铁心硅钢片和齿压板之间有粘胶剂，热传剃效果不好，有一定的温差，当齿压板温度小于某一值时，铁心硅钢片和齿压板之间粘胶剂凝固，铁心硅钢片和齿压板一起向外收缩，结果是第一、二、三……层铁心硅钢片向外缩短长度相对变小，恢复不到原来位置，即有一定程度的拱出，虽然每次拱出的长度很微小，但通过许多次的积累，最后可以看出明显的拱出，（#1、2、3三台机组第一、二、三……层硅钢片长出4.5―9mm不等，拱出长度不一样是因为各局部温度不一样）。这就是为什么定子靠上游侧端部铁心硅钢片会拱出的重要原因之一。

（3）机组燕尾筋数量不够。SFWG15―68/5700机组每片铁心硅钢片都只有一个燕尾槽和一根燕尾筋结合拉紧，铁心硅钢片受力部分少，容易变形，所受拉力较小，从拱出的铁心硅钢片拆出也证明了这一论断，拱出的铁心硅钢片受力部分有卷曲。

4 结论

（1）机组风道设计不合理；（2）机组燕尾筋数量不够；（3）空冷系统效果差。

5 对策

根据以上分析，制定以下改进措施：机组风道设计不合理改进措施：（1）转子上游侧支架横向钻68个Φ80mm通气孔，以增加上游侧定子的通风流量。（2）取消转子挡风板，以增加定子和转子之间的通风流量。（3）改定子铁芯的通风道分布，使整个定子铁芯的通风均匀。

机组燕尾筋数量不够改进措施：（1）燕尾筋增加51条（一倍）。（2）两端齿压板之间增加102根Φ50mm螺杆紧固。

空冷系统效果差改进措施：（1）冷却水由内循环改为外循环，进一步降低冷却水的温度。（2）冷却器改进为便于清洗的新冷却器，防止杂物堵塞冷却器，冷却水减少而使机组温度异常升高。

另外还做了以下改进措施：（1）斜压铁心硅钢片改为直压。（2）取消定子铁心两端部粘胶水。（3）重新调整燕尾筋和铁心间隙（原来1.2mm减到0.5-0.7mm）。

经过第二次技术改造，3台机组定子温度除个别点最高有105℃外，其它的点都在100℃以内，定子温度上游侧整体下降20℃左右。3台机组经过十多年运行，到目前为止，检查未发现铁心有异常现象。