小龍水電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地問題探討

王月華

(四川嘉陵江小龍門航電開發(fā)有限公司,四川南充 637000)

小龍水電站于 2003年 10月開工建設(shè),是以航電開發(fā)為主,兼有防洪、攔沙、旅游、生態(tài)等綜合效益的城市樞紐工程。電站為河床式,共設(shè)計(jì)安裝了 4臺(tái)單機(jī)容量為 13 M W的豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)組,是目前亞洲帶有增速器的、單機(jī)容量最大的豎井貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。由于設(shè)備處于試驗(yàn)階段,設(shè)計(jì)、安裝無經(jīng)驗(yàn)可循,到目前為止,4臺(tái)機(jī)組由于各種故障原因不能正常連續(xù)運(yùn)行。2011年 4月 2日,1號(hào)發(fā)電機(jī)組由于轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地被迫放棄開機(jī)而進(jìn)行停機(jī)專項(xiàng)絕緣檢查,組織了專門小組研討查找,經(jīng)過認(rèn)真分析和試驗(yàn)后找到了接地點(diǎn)。

1 轉(zhuǎn)子線圈絕緣問題檢測

1.1 主要參數(shù)和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

機(jī)組參數(shù):額定水頭 5 m;額定流量:305.9 m3/s;額定容量:14.44 M V A;定子直徑:1.8 m;額定電壓/電流:10.5 k V/794 A;額定轉(zhuǎn)速;750 r/m in;磁極個(gè)數(shù):8個(gè);定、轉(zhuǎn)子絕緣等級(jí):F級(jí);額定功率因素:0.9(滯后)。

轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子支架、磁軛、磁極和轉(zhuǎn)子引線等部件組成。轉(zhuǎn)子主軸與磁軛合為一體,由導(dǎo)磁性能好、機(jī)械性能高的材料鍛造而成。磁軛兩端分別設(shè)有 16個(gè)螺槳式風(fēng)扇,以利于軸向通風(fēng),風(fēng)葉為鍛鋁材料 L D 5。磁極為 F級(jí)絕緣。

1.2 檢測過程

水龍水電站為低水頭河床式電站,由于庫容量小,機(jī)組耗水量大,特別是在枯水期經(jīng)常由于水量不足而輪流開機(jī)。2011年 4月 2日,1號(hào)發(fā)電機(jī)組在停運(yùn)了 51 h后開機(jī)。當(dāng) 1號(hào)發(fā)電機(jī)組成功開至空載時(shí),發(fā)電機(jī)保護(hù)屏報(bào):“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”故障且無法復(fù)歸。遂立即將 1號(hào)發(fā)電機(jī)開至空轉(zhuǎn)態(tài)并停機(jī)檢查。對(duì) 1號(hào)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行絕緣測試,搖測了轉(zhuǎn)子絕緣:首先在 1號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁柜處搖測轉(zhuǎn)子絕緣為 0;然后拉開勵(lì)磁柜正負(fù)極兩根轉(zhuǎn)子引線并拉出轉(zhuǎn)子碳刷,搖測極電環(huán)刷到勵(lì)磁柜電纜的絕緣為 1 120 M Ω,結(jié)果良好;在滑環(huán)上搖測轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣為 0。

1.3 應(yīng)急處理措施

方案一:清掃了 1號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率柜處風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng),擦拭了發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)接地碳刷(其中發(fā)電機(jī)接地碳刷油污較重),打掃了轉(zhuǎn)子清潔衛(wèi)生,檢查了轉(zhuǎn)子回路,轉(zhuǎn)子外圍未發(fā)現(xiàn)接地點(diǎn)。用低壓氣吹掃了發(fā)電機(jī)滑環(huán)及發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子上的碳粉灰塵。拆除了發(fā)電機(jī)左側(cè)(從上游往下游看)端蓋以及增速器和大軸連接處的大軸保護(hù)罩,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁極油污較重;進(jìn)行了盤車,用白布沾酒精對(duì)磁極進(jìn)行了清掃,檢查后搖測轉(zhuǎn)子絕緣為 0。

方案二:將 1號(hào)發(fā)電機(jī)組開至空轉(zhuǎn)干燥觀察,經(jīng)過 16 h的空轉(zhuǎn)干燥后搖測轉(zhuǎn)子絕緣為 0,搖測定子絕緣電阻 15 s時(shí)為 73.4 M Ω,60 s時(shí)為 88.9 M Ω,吸收比為 1.21。

方案三:采用直流電焊機(jī)干燥。具體操作如下:在 1號(hào)發(fā)電機(jī)組出口電纜柜內(nèi)將 A、B、C三相定子線圈中任意相鄰兩相接入直流電焊機(jī)正負(fù)極,然后將廠用電接入直流電焊機(jī),輸出直流電給發(fā)電機(jī)定子線圈進(jìn)行干燥,從而使轉(zhuǎn)子得以干燥。兩種方案中加熱器同時(shí)投入,除濕機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)過近 50 h連續(xù)通流加熱后,搖測轉(zhuǎn)子絕緣還是為 0。

方案四:將直流電焊機(jī)接至 1號(hào)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁柜處的勵(lì)磁正負(fù)極,給直流電焊機(jī)緩慢加電流直接對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行干燥近 20 h后,搖測轉(zhuǎn)子絕緣仍為0。

2 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地原因分析

發(fā)電機(jī)良好的絕緣電阻是安全運(yùn)行的關(guān)鍵,如果在絕緣電阻不良的情況下還繼續(xù)運(yùn)行是非常危險(xiǎn)的。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地是發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生較多的故障。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí),無電流流過故障點(diǎn),勵(lì)磁電流仍然保持正常,對(duì)發(fā)電機(jī)并無直接危害,但此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地已產(chǎn)生電壓,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生各種擾動(dòng)時(shí),電壓可能出現(xiàn)較大值(如果接地點(diǎn)在滑環(huán)附近,電壓最高可達(dá)正常時(shí)的兩倍),進(jìn)一步危及轉(zhuǎn)子絕緣,極易造成另外一點(diǎn)接地,從而形成轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地短路。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的主要原因簡要分析有以下幾點(diǎn):(1)刷架和集電環(huán)上堆積過多的碳粉;(2)轉(zhuǎn)子集電環(huán)與磁極線圈間引線電纜破損;(3)磁極線圈及絕緣墊板碳粉長期堆積吸潮接地;(4)轉(zhuǎn)子安裝時(shí)磁極絕緣意外損傷或絕緣老化;(5)轉(zhuǎn)子磁極加工工藝問題。

2.1 刷架和集電環(huán)上堆積了過多碳粉的原因

由于機(jī)組長期運(yùn)行,定期維護(hù)時(shí)間少,在滑環(huán)處有大量的碳粉、灰塵、油污長期堆積,會(huì)造成滑環(huán)對(duì)地絕緣降低,引起轉(zhuǎn)子接地。

2.2 轉(zhuǎn)子集電環(huán)與磁極線圈間引線電纜破損

引線電纜一頭與集電環(huán)上螺栓連接后,經(jīng)過發(fā)電機(jī)大軸,用鐵皮線夾徑向固定在轉(zhuǎn)子端面上,然后再同磁極線圈接頭相連,因而引線電纜有可能破損,引發(fā)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地?？赡苡?(1)電纜長期工作在較高溫度環(huán)境中,局部位置又粘到些滲漏的潤滑油中,電纜的橡膠絕緣層便會(huì)受到腐蝕,時(shí)間一長,電纜就會(huì)產(chǎn)生裂縫,裂縫中又容易滲入油污,待其積累到一定程度 ,就會(huì)使電纜通過油污產(chǎn)生接地;(2)電纜隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng),由于電纜銅芯線與橡膠絕緣層材料的彈性不同,在變化的離心拉力作用下,易使固定電纜的鐵皮線夾割破絕緣層而造成電纜銅芯線與轉(zhuǎn)子端面發(fā)生接地。

2 .3 磁極線圈及絕緣墊板碳粉長期堆積吸潮接地

(1)豎井貫流式機(jī)組機(jī)坑內(nèi)濕度較大,機(jī)組在正常運(yùn)行中,由于銅、鐵損所產(chǎn)生的熱量及冷卻風(fēng)的存在,灰塵干燥,絕緣較好,冷卻風(fēng)把碳粉和灰塵帶入到磁極線圈上。一旦停機(jī)時(shí)間較長,空氣濕度加大,附著在磁極線圈上的灰塵就會(huì)因受潮造成絕緣下降,從而發(fā)生一點(diǎn)接地。(2)碳刷粉塵、后軸承處的接地碳刷粉塵、剎車制動(dòng)粉塵在機(jī)組工作時(shí)很容易進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)并附著在磁極上;(3)前軸承、后軸承漏油:由于設(shè)備的質(zhì)量、安裝缺陷,導(dǎo)致前、后軸承經(jīng)常漏油,使得定子、轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)均有積油。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí),這些粉塵和漏油一起混合形成油污,附著在定子線圈、轉(zhuǎn)子磁極和絕緣墊板上,嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)絕緣;(4)發(fā)電機(jī)電加熱器未按時(shí)投入運(yùn)行,除濕機(jī)效果差,使機(jī)組在停機(jī)時(shí)干燥得不到保證,導(dǎo)致絕緣容易受潮;(5)碳粉吸收裝置效果不理想。

3 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地問題的處理方案

3.1 查找一點(diǎn)接地的磁極方法:通直流電測壓降法判定接地點(diǎn)

在投入了大量的人力、物力后還是未找到轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的情況下,小龍水電站專門請(qǐng)廠方的專家和本站的技術(shù)人員共同研討后,決定采用通直流電測壓降的方法尋找磁極接地點(diǎn)。其原理為:每個(gè)磁極的壓降是相同的,越接近接地點(diǎn)電壓會(huì)逐漸降低并接近 0。方法如下:將直流電焊機(jī)的正負(fù)極與轉(zhuǎn)子的正負(fù)極相聯(lián),緩慢通直流電。將萬用表的正極表筆與一個(gè)磁極接觸(接觸點(diǎn)將絕緣漆刮破),負(fù)極表筆接地(也可用萬用表負(fù)極表筆與一個(gè)磁接觸,正極表筆接地查找接地磁極),此時(shí)萬用表有一電壓值。采用相同的方法再測量相鄰一個(gè)磁極的電壓,如果電壓升高,則說明接地點(diǎn)在相反方向的磁極上,此時(shí)需再測相反方向的磁極電壓,若此時(shí)電壓降低,說明離接地點(diǎn)越近,直至測得電壓接近 0。如果繼續(xù)測下一個(gè)磁極電壓,將會(huì)變成負(fù)值,說明前一個(gè)磁極即是接地磁極。通過該方法最終判定接地點(diǎn)在六號(hào)磁極(從上游側(cè)以右邊引線極順時(shí)針編號(hào))。

3.2 改進(jìn)措施

在 1號(hào)發(fā)電機(jī)組帶缺陷運(yùn)行后,小龍水電站加強(qiáng)了對(duì) 1號(hào)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境和保護(hù)的改造處理,方案如下:

(1)在 1號(hào)發(fā)電機(jī)組豎井內(nèi)增加了電加熱器臺(tái)數(shù);(2)對(duì)除濕機(jī)進(jìn)行了改造,讓其自動(dòng)排除內(nèi)存的積水,提高除濕效果;(3)將發(fā)電機(jī)碳粉吸收裝置主電機(jī)由原來的單相400W更換為三相1 000 W,風(fēng)量由原來的 600 m3/h增加到 800 m3/h,盡量減少碳粉進(jìn)入轉(zhuǎn)子和定子;(4)投入 1號(hào)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù),將動(dòng)作時(shí)間縮短為0.5 s;(5)縮短對(duì) 1號(hào)發(fā)電機(jī)組的定期維護(hù)時(shí)間,在運(yùn)行時(shí)加強(qiáng)巡視。

4 結(jié) 語

小龍水電站通過對(duì) 1號(hào)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行近10 d的各種處理和試驗(yàn)確定是 6號(hào)極有接地點(diǎn)后,由于消除轉(zhuǎn)子磁極接地點(diǎn)必須將轉(zhuǎn)子吊出,需要較長的時(shí)間,而轉(zhuǎn)子磁極在一點(diǎn)接地情況時(shí)仍可正常發(fā)電(但須加強(qiáng)監(jiān)視),為了不浪費(fèi)水資源,創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益,又再次將 1號(hào)發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行,在運(yùn)行過程中采取了防止再發(fā)生另一點(diǎn)接地的措施。處理過程和查找轉(zhuǎn)子磁極一點(diǎn)接地的方法可為同類電站處理類似問題提供參考。