火花腐蝕對(duì)大型電機(jī)定子繞組的損壞

火花腐蝕對(duì)定子線棒對(duì)地絕緣的損壞出現(xiàn)在許多大型電機(jī)上，引起過早的失效和重繞。許多這種電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間不足10年�；鸹ǜ�蝕主要由于槽中的定子線棒松動(dòng)并且線棒半導(dǎo)體漆表面電阻率低引起的。槽中的線棒隨著時(shí)間逐漸松動(dòng)，這與起初安裝的側(cè)面填充系統(tǒng)有關(guān)。這種側(cè)面填充系統(tǒng)不能保持線棒緊固，使得線棒與鐵心之間出現(xiàn)縫隙。在槽部電磁力的作用下，這些氣隙反復(fù)開合，產(chǎn)生振動(dòng)火花以及由火花腐蝕造成的損壞。如果槽中存在間隙，線棒會(huì)振動(dòng)，引起線棒與鐵心之間的間隙反復(fù)張開和閉合。間歇性的接觸以及線棒表面電壓的存在造成了火花。圖l顯示了線棒與鐵心之間間歇性地失去接觸所產(chǎn)生的影響。

火花腐蝕造成損壞的速度很快，美國(guó)首臺(tái)失效的機(jī)組僅運(yùn)行了33000h。一家公司在短短15000h的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)需要重繞所有四臺(tái)機(jī)組。圖2所示為一根定子線棒側(cè)面因火花腐蝕造成嚴(yán)重?fù)p壞的特寫照片。可以清楚地看到，電弧首先穿透半導(dǎo)電層，然后穿過云母帶。

在這些電機(jī)的運(yùn)行小時(shí)數(shù)與失效之間存在著某些關(guān)系。一個(gè)典型的曲線表明了這種關(guān)系以及線棒的劣化水平，如圖3所示。該曲線代表著根據(jù)40臺(tái)發(fā)電機(jī)的檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)出來的運(yùn)行小時(shí)數(shù)與損壞之間的關(guān)系。

檢查

由于這些發(fā)電機(jī)多數(shù)運(yùn)行不到10年就需要重繞，所以大多數(shù)的轉(zhuǎn)子都沒有抽出過。為了在不抽轉(zhuǎn)子的情況下評(píng)價(jià)定子繞組的狀態(tài)，可以在鐵心背部通風(fēng)溝的孔中放人管道鏡來進(jìn)行檢測(cè)。

火花腐蝕與局部放電腐蝕的跡象有明顯的不同。火花腐蝕在初始階段所造成的損壞表現(xiàn)為成片的暗色坑點(diǎn)(圖4)，隨著火花更深進(jìn)入對(duì)地絕緣，迅速形成很大的電弧陷口。

火花腐蝕可以出現(xiàn)在處于任何電位的線圈上，因?yàn)樗�主要取決于槽中定子線棒的松動(dòng)程度，并且在較小的程度上取決于半導(dǎo)體層的表面電阻率。

火花腐蝕開始的時(shí)候出現(xiàn)在鐵心與線圈表面之間，因此通過管道鏡沿通風(fēng)溝開口向下看可能看不到早期損壞。然而，隨著情況的發(fā)展，損傷延伸到了通風(fēng)溝開口處，先是成片的坑點(diǎn)，然后更加嚴(yán)重(圖5)。

維修

維修方案有局限性并存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。一種是除去上層線棒側(cè)面墊條，嘗試換成側(cè)面波紋彈簧墊條(俗稱波紋板)。側(cè)面波紋彈簧墊條可以穩(wěn)固松動(dòng)的上層線棒并減小進(jìn)一步的火花腐蝕。如果在出現(xiàn)重大損壞之前及早實(shí)施，可以獲得成功。如果已經(jīng)造成了許多損壞，更換側(cè)面墊條的做法會(huì)更加損壞對(duì)地絕緣。另一種方案是向鐵心和定子線棒之間已有的氣隙灌注樹脂化合物。樹脂可以加固和限制松動(dòng)的上層線棒并且填滿已有的氣隙。同樣，這也需要在損壞的早期進(jìn)行，以減小引起半導(dǎo)體漆接地的機(jī)會(huì)。這項(xiàng)維修方案常常需要重復(fù)進(jìn)行，不能看作是永久性的修復(fù)。

重繞

在檢修中發(fā)現(xiàn)有火花腐蝕損壞的機(jī)組目前大多數(shù)都在重繞。有的運(yùn)行時(shí)間僅有15000h，所有的都不超過55000h或者10年。重繞必須包括設(shè)計(jì)方法上的重大改變，以保證定子線棒在槽中保持緊固。我們還知道表面電阻率會(huì)隨著時(shí)間下降，因此在制造線棒時(shí)必須將預(yù)期的下降值考慮進(jìn)去，使表面電阻足夠地高。

這些大型電機(jī)的原始設(shè)備制造商采用了硬質(zhì)半導(dǎo)體填充材料。在下線時(shí)適當(dāng)?shù)丶尤胗操|(zhì)側(cè)面墊條會(huì)在線棒與鐵心之間產(chǎn)生相對(duì)小的氣隙。但是當(dāng)機(jī)組在運(yùn)行過程中經(jīng)歷反復(fù)的冷熱循環(huán)后，現(xiàn)有的絕緣就會(huì)收縮、移動(dòng)和磨損，使氣隙擴(kuò)大，從而線棒發(fā)生振動(dòng)。如圖6所示，半導(dǎo)體側(cè)面波紋板使得線棒沿整個(gè)槽部緊貼鐵心。

更重要的是，借助于波紋板的彈性作用力，在長(zhǎng)期運(yùn)行中可能出現(xiàn)的槽楔松動(dòng)由波紋板的伸縮自動(dòng)補(bǔ)償以保持線棒處在緊固狀態(tài)，可將定子線棒緊緊地固定于槽中許多年。雖然側(cè)面波紋板比較昂貴，但因?yàn)樘岣吡诵阅埽�物有所值�?/SPAN>

如果存在氣隙和線棒振動(dòng)，很低的表面電阻率會(huì)導(dǎo)致很大的火花電流，更快地?fù)p壞線棒絕緣。隨著長(zhǎng)期運(yùn)行絕緣老化，表面電阻率會(huì)下降，因此需要一個(gè)最小值。

如果線棒被牢固地壓到鐵心上，正確地接地，沒有振動(dòng)，表面電阻率的低值并沒有害處。這可以從一臺(tái)失效機(jī)組的下層線棒的情形中看出，在下層線棒中沒有發(fā)現(xiàn)火花腐蝕造成的損壞。如果表面電阻率低是造成火花腐蝕的初始原因，那么在下層線棒上也會(huì)看到損壞。

對(duì)于重繞，新的設(shè)計(jì)應(yīng)該包括上層和下層半導(dǎo)體側(cè)面波紋板，以保持線棒緊緊地固定于槽中(作為防止火花腐蝕的基本措施)。不宜安裝硬質(zhì)側(cè)面墊條或其沒有跟蹤載荷能力的系統(tǒng)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)不能很長(zhǎng)時(shí)間地維持載荷。此外，還應(yīng)該包括楔下波紋彈簧，以保持線棒緊固。半導(dǎo)體漆與半導(dǎo)體側(cè)面波紋板是保持線棒與鐵心貼緊的最佳組合，同時(shí)還有助于表面很好地接地。