（中国葛洲坝集团机电建设有限公司四川成都610091）
摘要：本文从水轮发电机定子端部绝缘的种类、施工工艺及其施工质量的影响因素进行分析，提出了提高现场定子端头绝缘工艺质量的应对措施。对同类型机组定子端部绝缘的施工质量控制有很强的借鉴意义。
关键词：水轮发电机定子端部绝缘质量控制
1、问题的提出
水轮发电机组一般体型较大，限于运输条件的限制，水轮发电机组大多采用分瓣运输，然后在现场进行水轮发电机组的定子组装和下线工作。现场在水轮发电机组定子绕组施工过程中由于现场定子绕组下线环境、工艺等原因，水轮发电机定子绕组端接头绝缘往往成了发电机定子绝缘的薄弱点。发电机组在长期运行中,由于受到电、热、机械和化学等因素的长期作用,其定子端接头绝缘的电气和机械强度将逐渐降低，如果水轮发电机定子绕组端接头绝缘施工工艺质量得不到保证，就容易造成端部绝缘损坏、酿成电气事故。因此加强水轮发电机定子绕组端接头绝缘施工工艺质量控制就显得尤为重要。
2、影响定子端头绝缘的主要因素
2.1端接头绝缘的种类
端接头绝缘分为套管式（绝缘盒式）绝缘和连续式绝缘（绕包式绝缘）。套管式（绝缘盒式）绝缘是把并头块连接的线棒接头套上绝缘盒然后灌注绝缘材料。连续式绝缘（绕包式绝缘）则是针对不能采用套管式（绝缘盒式）绝缘的线棒过桥连接、铜环引线的连接等部位采用绕包浸透绝缘材料的云母带的方式达到增加绝缘强度的目的。连续式绝缘（绕包式绝缘）由于工艺相对简单质量容易保证，而套管式（绝缘盒式）绝缘由于工艺较为复杂，容易受到环境、材料、工艺等各方面因素影响，往往是定子绕组绝缘最容易出现问题的部位。国内多个水电站都曾发生因为定子端头绝缘出现问题导致机组发生事故。
2.2影响端接头绝缘的主要因素
1）端接头绝缘的制作环境
端接头绝缘的制作工艺受电站气候条件特别是粉尘、温度、湿度的影响较大，高粉尘及高湿度将直接影响端接头绝缘施工质量，会直接导致后期试验中直流泄漏电流超标甚至交流耐压试验不能通过。而温度则对绝缘胶的固化时间产生直接应该，温度过低则漆胶不能固化，温度过高则有可能固化时间过短，导致工艺时间不足而产生绝缘缺陷。
2）绝缘材料的选择与配制
影响端接头绝缘的一个主要因素是绝缘材料的选择与配制。绝缘材料的种类很多,可分为天然的与人造的,有机的与无机的,有时也采用不同绝缘材料进行人工组合,如绕包绝缘:云母带、绝缘漆;绝缘盒式绝缘:绝缘盒、环氧树脂、聚酰胺树脂、石英粉。现在厂家多提供双组份环氧树脂胶，现场施工较为方便，根据环境条件，可适当添加稀释剂或固化剂。
绝缘盒是由厂家根据机组端接头的尺寸预先制造的,绝缘盒与接头应有一定的空间,如果绝缘盒太小,在灌注绝缘填料时,很多地方的气泡都因空间太小而排出不来,造成绝缘盒内部有很大的气隙(或气泡),严重影响机组的绝缘水平。
绝缘填料主要由环氧树脂、聚酰胺树脂、石英粉按一定比例配制而成,其比例视聚酰胺树脂的标号而不同。现在厂家多提供双组份环氧树脂胶，现场施工较为方便，根据环境条件，可适当添加稀释剂或固化剂。由于绝缘填料配制时与当时的环境温度也有很大关系,比例失当就会造成绝缘不良现象,直接影响端接头绝缘质量。
我们通过现场试配对比分析发现：一组环氧树脂、石英粉、固化剂按100/70/65，不加稀释剂，分两层进行试件浇注，另一组环氧树脂、石英粉、固化剂、稀释剂按100/70/65/10，同样分两层进行试件浇注。添加稀释剂后流动性增加，固化后试件密实、坚硬，仅有少量气泡，但层间界限明显。未添加稀释剂试件流动性差，试件内部有较多大的气泡，质地坚硬、层间无明显界限。说明稀释剂对改善绝缘灌注材料的流动性、减少气泡有较好效果，但层间界限明显说稀释剂太多容易造成层间缺陷发生。
3）端接头绝缘的制作工艺
端接头绝缘的制作工艺也是一个影响端接头绝缘的重要因素。空气绝缘耐压水平在均匀电场中是30000V/cm,但是在非均匀电场中耐压水平最小仅为3000V/cm，当绝缘块端部尖角点裸露空气中时，形成10000V左右的不均匀电场，间距过小时，空气介质很容易被击穿。因此端头绝缘盒的安装质量特别是绝缘盒安装时的间距排列等也是至关重要的环节。
端头绝缘盒的安装及绝缘材料灌注除了要保证绝缘盒的外观排列均匀，整齐美观外，更重要的是灌注绝缘填料一定要密实。为确保环氧胶的固化效果及密实性，在进行绝缘盒内环氧胶灌注时，国内多采用分层灌注，层数为2～4层为宜。层数越多，环氧胶密实性越好，而配制环氧胶的次数就越多，若每次配制时稀释剂添加比例存在人为误差，则环氧胶在绝缘盒内出现分层；若稀释剂添加过量，上层环氧胶灌注时，将会对下层已固化的环氧胶表面进行稀释，从而产生泡沫状夹层。另外在进行环氧胶配制时一定要搅拌均匀，否则会导致环氧胶各成分分布不均，从而环氧材料化学反应不充分。机组运行期间，定子正常温度在80℃以上，化学反应不充分的材料将会“二次”反应，从而环氧胶会出现变色甚至变质现象。
4）端接头的焊接工艺质量
端接头接触电阻增大,大电流通过时发热导至绝缘水平下降。其内部有可能存在焊接物不严实的情况,直接影响到接头接触电阻值的大小,若接头接触电阻增大,在同样电流下接头处发热量会加大导致温度升高,长时间运行会因为热老化引起绝缘水平降低,热老化的象征大多为绝缘颜色逐渐变为焦黑,失去弹性,变硬、变脆,发生龟裂,机械强度降低,严重者受振动即剥裂、掉落,进而造成事故。
另外由于黄铜在温度升高时会产生明显的变形。在环氧胶内存在气泡、泡沫状夹层、分层发软，机械强度不够的情况下，当线棒连接块通电流发热后，膨胀应力拉裂上面的浅层发软环氧材料，将产生裂纹。数据表明国内定子绕组端部“Z”型绝缘盒内环氧胶产生裂纹概率远远大于普通绝缘盒，正是由于“Z”型绝缘盒长度大，热膨胀绝对尺寸和应力大于长方形绝缘盒内并头块而造成。发电机定子绝缘盒内环氧绝缘材料开裂、变质及碳化作为环氧胶产生气泡、泡沫状夹层后，在内部环境发生改变后诱发的进一步变化，在裂纹深度增加、绝缘材料变质后，绕组绝缘系数变小，泄漏电流成几何系数增大，再加上裂纹周边环境变化，如有电晕粉尘、油污、空气介质湿度变化、电磁介质等导致绝缘耐压距离变小后，爬电增加，将造成绝缘击穿。
因而提高焊接人员工艺水平、保证焊接质量,是防止接头绝缘事故的重要环节。焊接完成后应测量各分支直流电阻应满足规范要求，发现异常情况就需要逐个检查，直至排除缺陷。
3、提高现场定子端头绝缘工艺质量的应对措施
3.1通过局部环境控制解决定子下线局部工作环境
鉴于施工环境条件特别是粉尘、温度、湿度对线棒端头绝缘施工带来的巨大影响，现在有条件的电站一般都会设置专门的定子下线工棚，内设温湿度调节设备，确保定子下线特别是端头绝缘施工有一个良好的工作环境。定子下线工棚内环境温度一般不小于25℃，湿度不大于70%。并且工棚一般都设置专人进行管理，严格控制无关人员进入，确保内部环境质量。
3.2加强工艺过程控制，确保接头焊接质量
端接头接触电阻与端接头的焊接方法和焊接工艺有关,目前一般较多采用的焊接法是银铜焊接法。银铜焊接法的银铜焊料允许通过的电流密度高,抗拉强度也高,但银铜焊接温度高,焊接工艺要求也高。若线棒端头与并头块处焊接不良，则绕组接头直流电阻加大，绕组端部温度升高，加快环氧胶变质、碳化的速度。故在焊接前，要将各焊接面打磨光滑，不能有瑕疵或异物；在进行焊接时，国内部分厂家采用线棒端头与并头块之间放一张银焊片进行焊接的方法，可有效提高焊接质量，建议推广使用。焊接后，建议对焊接部位逐个进行直流电阻测量试验，通过试验数据判断焊接质量。
3.3强化工艺管理、提高线棒端头绝缘盒安装及绝缘胶灌注质量
3.3.1绝缘盒安装质量控制
绝缘盒一般都是厂家预先按设计尺寸制造好的，在现场基本上已经不能选择。但是由于制造工艺等原因，出现过由于绝缘盒质量原因导致定子绕组试验不能通过的案例。因此绝缘盒的现场质量质量控制重点是抽查绝缘盒自身质量是否满足设计要求。
绝缘盒安装前可对其进行抽查试验，对单个绝缘盒进行直流耐压试验，测量各绝缘材料的直流泄露情况，单个绝缘盒内绝缘材料泄漏电流以≤5μA为宜。同时绝缘盒安装时应尽量保持各绝缘盒之间排列整齐，间距均匀。以减小由于绝缘盒之间间距不均匀带来的电场分步不均而产生放电现象。
3.3.2绝缘盒注胶质量控制
1）由于绝缘漆胶对保存环境要求高，一般在施工前应进行仔细规划，不宜过早将绝缘漆胶发运到现场。对发运到现场的漆胶一定要按照厂家规定的技术要求进行保管，避免绝缘漆胶因为保存不当导致性能发生变化，甚至变质而不能使用。
2）现场都必须进行绝缘漆胶的现场试配工作，以确定最佳的性能配比。试配工作应对每个批次的漆胶逐一进行（由于不同批次的漆胶质量和性质都有所不同），现场施工人员往往图省事只在第一次进行绝缘胶灌注前进行配比试验，结果在后续施工过程中由于施工环境、漆胶质量等发生变化会直接导致调配出来的绝缘胶流动性、固化时间等发生较大变化，从而影响施工质量。
3）在进行环氧胶现场配制和灌注时，由于现场人员技术水平不同、施工人员素质及手艺差距较大，工艺流程越复杂，人为原因造成的误差概率就越大，现场安装工艺也变得更加难以控制。施工时应安排有经验的人员专门负责绝缘胶的配制工作。
4）杂质对绝缘施工质量的影响很大，因此在注胶前应对绝缘盒进行仔细清扫并晾干，必要时进行烘干处理。
5）为确保环氧胶的固化效果及密实性，在进行绝缘盒内环氧胶灌注时，国内多采用分层灌注，层数为2～4层为宜。灌注时注意速度不能太快,以使盒内气泡慢慢排出。待下层固化后再灌注上层，浇筑完成后应固化24小时以上。确保环氧胶完全固化后方可进入下一道工序。
4、结论
1）由于施工作业环境对端头绝缘施工影响较大，且一旦出现问题往往处理起来也相当麻烦。因此目前国内有条件的电站大都已经设置定子下线专用防护工棚，一来保证了定子绕组绝缘施工有一个良好的施工环境，也对现场规范化施工管理创造了良好的条件。
2）通过对比试验发现双组份环氧胶在相同配比情况下，稀释剂的添加主要增加绝缘胶的流动性、减小绝缘胶固化后的气泡，但同时在两次注胶结合面会有较明显分层现象。因此在稀释剂的添加上应先进行试配，在保证绝缘胶流动性的情况下应该是越少越好。同时在进行环氧胶现场配制和灌注时，由于现场人员技术水平不同、施工人员素质及手艺差距较大，工艺流程越复杂，人为原因造成的误差概率就越大，现场安装工艺也变得更加难以控制。因此现场绝缘胶的调配应选择有经验的人员专人负责，尽量避免因外在因素对定子绝缘造成影响。
3）若线棒端头与并头块处焊接不良，则绕组接头直流电阻加大，绕组端部温度升高，加快环氧胶变质、碳化的速度。因此提高并头块焊接质量对保证端头绝缘质量至关重要。建议在焊接后端部绝缘施工前对分支直流电阻进行测量，必要时对焊接部位逐个进行直流电阻测量试验，通过试验数据来确保焊接质量满足机组长期安全稳定运行要求。
4）目前国内电站由于绝缘盒本身质量不过关导致定子绕组绝缘不满足要求的情况也时有发生，因此绝缘盒进行安装前的质量抽查试验也是十分必要的，按一定比例对单个绝缘盒进行直流耐压试验，测量各绝缘材料的直流泄露情况，确保绝缘盒本身质量满足要求。