水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低原因分析及處理

曾鵬飛

摘 要：針對(duì)某水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路絕緣降低的問(wèn)題，從集電環(huán)表面問(wèn)題、機(jī)組旋轉(zhuǎn)摩擦程度、油槽通氣窗設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)出了水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低的原因，并提出了相應(yīng)的解決方法，以期有效提高機(jī)組的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：水電站；水輪發(fā)電機(jī)；絕緣性能；發(fā)電機(jī)組

中圖分類號(hào)：TM312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）24-0136-02

水輪發(fā)電機(jī)組是該水電站中最重要的動(dòng)力設(shè)備，水輪發(fā)電機(jī)組由水輪機(jī)、調(diào)速器和發(fā)電機(jī)組成。水輪機(jī)是將水流能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械旋轉(zhuǎn)能量的設(shè)備，它利用水電站的水頭和流量來(lái)做功。調(diào)速器可以調(diào)節(jié)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，以保證電能的頻率質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)開、停、變速、加減負(fù)荷、調(diào)相、成組控制、事故停機(jī)，達(dá)到機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。然而，該水電站自投產(chǎn)發(fā)電以來(lái)，多次發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，增加了機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)次數(shù)，加大了設(shè)備的檢修維護(hù)強(qiáng)度。為了使發(fā)電機(jī)機(jī)組安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，本文對(duì)其絕緣性能的降低原因進(jìn)行了深入探討。

1 機(jī)組概述

某水電站1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組為大機(jī)組，裝機(jī)容量都為35 MW，機(jī)組型號(hào)為SF35-24/5700。3號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組為小機(jī)組，裝機(jī)容量都為15 MW，機(jī)組型號(hào)為SF15-16/3800。大機(jī)額定轉(zhuǎn)速為250 r/min，小機(jī)額定轉(zhuǎn)速為375 r/min，機(jī)組轉(zhuǎn)速比較快，導(dǎo)致碳粉磨損比較嚴(yán)重，該站首臺(tái)發(fā)電機(jī)組于2013-01并網(wǎng)運(yùn)行。

2 現(xiàn)象及異常分析

隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的推移，1號(hào)發(fā)電機(jī)（裝機(jī)35 MW）轉(zhuǎn)子絕緣狀況不佳，絕緣強(qiáng)度難以保證機(jī)組的正常運(yùn)行。停機(jī)后，用500 V搖表測(cè)量轉(zhuǎn)子絕緣，發(fā)現(xiàn)阻值不到0.1 MΩ。維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)上機(jī)架蓋板處、碳刷支架和滑環(huán)支臂處堆滿了碳粉和油污的混合顆粒，隨即對(duì)集電環(huán)室設(shè)備進(jìn)行了擦拭清理，清理干凈后測(cè)得轉(zhuǎn)子絕緣大于500 MΩ，具備投運(yùn)條件，1號(hào)發(fā)電機(jī)隨即投入運(yùn)行。在1號(hào)機(jī)組的正常停機(jī)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置SDG833出現(xiàn)“失磁一時(shí)限保護(hù)”動(dòng)作，機(jī)組立即開始電氣事故停機(jī)流程，經(jīng)維護(hù)人員對(duì)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)檢查后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子絕緣對(duì)地阻值為0 MΩ，且發(fā)電機(jī)碳刷拉桿絕緣子和滑環(huán)支臂處堆滿碳粉和油霧混合顆粒。

經(jīng)過(guò)分析，總結(jié)上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因主要有：①檢查1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)上下集電環(huán)表面，發(fā)現(xiàn)下集電環(huán)表面劃痕較為嚴(yán)重，表面比較粗糙，光潔度不夠，且有灼傷痕跡。碳刷沒有破損、掉邊、掉角等現(xiàn)象，磨損較為嚴(yán)重，碳粉最多。對(duì)比3號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組，發(fā)現(xiàn)這2臺(tái)小機(jī)組的碳刷磨損較少，且小機(jī)組轉(zhuǎn)速比大機(jī)組轉(zhuǎn)速高。因碳刷都是同一批次采購(gòu)，說(shuō)明碳粉多不是因?yàn)樘妓⒉馁|(zhì)不滿足要求，而是因?yàn)榧姯h(huán)表面粗糙而增加了碳刷磨損，使得碳粉增多。②1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子近2個(gè)月的上導(dǎo)X方向和Y方向擺度值在220 μm以內(nèi)，上機(jī)架水平振動(dòng)X和Y振動(dòng)值以及垂直方向的振動(dòng)值在10 μm以內(nèi)，各值都符合機(jī)組振擺在線監(jiān)測(cè)要求，可排除由于轉(zhuǎn)子振擺過(guò)大而導(dǎo)致碳刷磨損嚴(yán)重的可能性。③下集電環(huán)處和刷握處的碳粉堆積較嚴(yán)重，且碳粉已被油霧混合，具有吸附性。機(jī)組旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生的碳粉被滑環(huán)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的風(fēng)力吹到碳刷支架及各部，且在此過(guò)程中混合了熱油霧，使得轉(zhuǎn)子絕緣降低?；h(huán)室內(nèi)的4個(gè)上導(dǎo)油槽通氣窗管比延長(zhǎng)段短，熱油霧無(wú)法被擋在油槽中，導(dǎo)致大量油霧透過(guò)通氣窗進(jìn)入滑環(huán)室與碳粉混合。④1號(hào)發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油槽出現(xiàn)過(guò)甩油現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子處有大量油跡，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，漏油是從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子推力頭內(nèi)側(cè)與油盆對(duì)接處溢出，檢查上導(dǎo)油盆內(nèi)推力頭上部通氣孔和接合軸瓦處通油孔，發(fā)現(xiàn)均未堵塞，上導(dǎo)油盆通氣窗也未堵塞。分析甩油原因，是由于機(jī)組運(yùn)行時(shí)，隨著機(jī)組大轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在轉(zhuǎn)子與油盆對(duì)接空間內(nèi)形成負(fù)壓。由于存在負(fù)壓，就要在上導(dǎo)油盆內(nèi)吸氣，以保證油盆內(nèi)氣壓平衡。在油盆通氣窗無(wú)法滿足吸氣要求時(shí)，油盆內(nèi)的汽輪機(jī)油就會(huì)被吸出，造成1號(hào)機(jī)組甩油事故（如圖1所示）。取出上導(dǎo)油盆蓋與轉(zhuǎn)子接縫處用壓板壓接密封的毛氈，以增大油盆通氣量，破壞負(fù)壓形成的真空，從而防止機(jī)組甩油現(xiàn)象的發(fā)生。但由于這種做法既增加了通氣量，又降低了上導(dǎo)油盆密封效果，油盆內(nèi)熱油霧從該縫隙中揮發(fā)到滑環(huán)室，導(dǎo)致碳粉在碳刷支架等處堆積。⑤滑環(huán)室內(nèi)的滑環(huán)和刷架處堆積碳粉較少，碳粉大部分掉落在油盆蓋上。因小機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)罩外有玻璃罩子蓋住（此玻璃罩子是為了發(fā)電機(jī)層美觀而做的），所以滑環(huán)室窗口上方玻璃面上有油污現(xiàn)象?？煞治龀錾蠉u油盆通氣窗設(shè)計(jì)存在缺陷，通氣窗延伸段較短，導(dǎo)致油霧從該窗口內(nèi)溢出。⑥發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油槽內(nèi)的熱油隨轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)而翻騰，從而產(chǎn)生油霧。大量油霧從通氣窗管內(nèi)繞過(guò)擋油板的冷卻阻擋進(jìn)入滑環(huán)室，且與碳粉混合后形成吸附力較強(qiáng)的混合物。該混合物具備一定的導(dǎo)電性能，黏附在刷架拉桿絕緣子、集電環(huán)支撐絕緣子處，使帶電部分與大地發(fā)生間接電氣聯(lián)系，造成絕緣下降。刷架、滑環(huán)支臂和支撐絕緣子處有較重的積污，致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣阻值嚴(yán)重下降，為發(fā)電機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。而2臺(tái)小機(jī)滑環(huán)室內(nèi)的碳粉由于沒有與油霧混合，碳粉隨滑環(huán)高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的氣流吹走，碳刷架處很少堆積碳粉，因此，轉(zhuǎn)子的絕緣性能良好。

在觀察中發(fā)現(xiàn)，碳粉和油霧的混合顆粒使得滑環(huán)表面更加臟污，接觸電阻同步增大，有些還黏附在刷握里，造成碳刷卡阻。這種滑環(huán)表面嚴(yán)重臟污和碳刷卡阻現(xiàn)象，也是造成碳刷打火、滑環(huán)電化腐蝕、滑環(huán)表面凹凸不平的原因。

3 解決方法

針對(duì)1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際情況，目前暫時(shí)不能對(duì)轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面進(jìn)行拋光處理，可以考慮在原上導(dǎo)油槽通氣窗中延長(zhǎng)通氣管路。做直徑為70 mm的彎接頭鋼管，與延伸鋼管焊接后再與通氣管焊接，并在通氣窗中焊接若干半圓形擋油板。擋油板在通氣窗內(nèi)上下錯(cuò)開對(duì)稱焊接，焊接完后清理干凈焊渣，再延伸鋼管端部焊接十字對(duì)稱的抓手，用以掛接通氣窗床罩，使新做的通氣窗口正對(duì)滑環(huán)室窗口。這樣，就能使發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的油霧通過(guò)通氣窗冷卻作用凝結(jié)成油珠，油珠再流回油槽中，防止了油霧與碳粉的混合。延長(zhǎng)后的通氣窗窗口正對(duì)滑環(huán)室網(wǎng)格窗口，以便將沒有來(lái)得及冷卻的少量油霧經(jīng)滑環(huán)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的順時(shí)針風(fēng)吹出滑環(huán)室，且碳刷摩擦產(chǎn)生的碳粉也被滑環(huán)高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生風(fēng)力吹散，使其難以附著在碳刷拉桿絕緣子和集電環(huán)支撐絕緣子表面，從而使碳粉和油霧混合物對(duì)轉(zhuǎn)子絕緣的威脅得到有效控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水輪發(fā)電機(jī)能否保證水輪發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期、正常運(yùn)行會(huì)直接影響到水電站的經(jīng)濟(jì)效益。因此，解決發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣下降的問(wèn)題迫在眉睫。為了保證整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行，工作人員需要在原上導(dǎo)油槽通氣窗中延長(zhǎng)通氣管路，以減少堆積在發(fā)電機(jī)機(jī)架蓋板處、碳刷支架和滑環(huán)支臂處的碳粉，為發(fā)電站提供一個(gè)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行環(huán)境，保證電力能源的順利供給，為發(fā)電站創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]林德生.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障處理[J].云南電力技術(shù)，2011（04）.

[2]朱躍亮.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣下降原因分析及處理[J].華電技術(shù)，2010（10）.

[3]孟利平，張秀平，賈玉峰.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低原因分析及處理[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2012（03）.

〔編輯：王霞〕endprint

摘 要：針對(duì)某水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路絕緣降低的問(wèn)題，從集電環(huán)表面問(wèn)題、機(jī)組旋轉(zhuǎn)摩擦程度、油槽通氣窗設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)出了水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低的原因，并提出了相應(yīng)的解決方法，以期有效提高機(jī)組的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：水電站；水輪發(fā)電機(jī)；絕緣性能；發(fā)電機(jī)組

中圖分類號(hào)：TM312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）24-0136-02

水輪發(fā)電機(jī)組是該水電站中最重要的動(dòng)力設(shè)備，水輪發(fā)電機(jī)組由水輪機(jī)、調(diào)速器和發(fā)電機(jī)組成。水輪機(jī)是將水流能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械旋轉(zhuǎn)能量的設(shè)備，它利用水電站的水頭和流量來(lái)做功。調(diào)速器可以調(diào)節(jié)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，以保證電能的頻率質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)開、停、變速、加減負(fù)荷、調(diào)相、成組控制、事故停機(jī)，達(dá)到機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。然而，該水電站自投產(chǎn)發(fā)電以來(lái)，多次發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，增加了機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)次數(shù)，加大了設(shè)備的檢修維護(hù)強(qiáng)度。為了使發(fā)電機(jī)機(jī)組安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，本文對(duì)其絕緣性能的降低原因進(jìn)行了深入探討。

1 機(jī)組概述

某水電站1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組為大機(jī)組，裝機(jī)容量都為35 MW，機(jī)組型號(hào)為SF35-24/5700。3號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組為小機(jī)組，裝機(jī)容量都為15 MW，機(jī)組型號(hào)為SF15-16/3800。大機(jī)額定轉(zhuǎn)速為250 r/min，小機(jī)額定轉(zhuǎn)速為375 r/min，機(jī)組轉(zhuǎn)速比較快，導(dǎo)致碳粉磨損比較嚴(yán)重，該站首臺(tái)發(fā)電機(jī)組于2013-01并網(wǎng)運(yùn)行。

2 現(xiàn)象及異常分析

隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的推移，1號(hào)發(fā)電機(jī)（裝機(jī)35 MW）轉(zhuǎn)子絕緣狀況不佳，絕緣強(qiáng)度難以保證機(jī)組的正常運(yùn)行。停機(jī)后，用500 V搖表測(cè)量轉(zhuǎn)子絕緣，發(fā)現(xiàn)阻值不到0.1 MΩ。維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)上機(jī)架蓋板處、碳刷支架和滑環(huán)支臂處堆滿了碳粉和油污的混合顆粒，隨即對(duì)集電環(huán)室設(shè)備進(jìn)行了擦拭清理，清理干凈后測(cè)得轉(zhuǎn)子絕緣大于500 MΩ，具備投運(yùn)條件，1號(hào)發(fā)電機(jī)隨即投入運(yùn)行。在1號(hào)機(jī)組的正常停機(jī)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置SDG833出現(xiàn)“失磁一時(shí)限保護(hù)”動(dòng)作，機(jī)組立即開始電氣事故停機(jī)流程，經(jīng)維護(hù)人員對(duì)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)檢查后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子絕緣對(duì)地阻值為0 MΩ，且發(fā)電機(jī)碳刷拉桿絕緣子和滑環(huán)支臂處堆滿碳粉和油霧混合顆粒。

經(jīng)過(guò)分析，總結(jié)上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因主要有：①檢查1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)上下集電環(huán)表面，發(fā)現(xiàn)下集電環(huán)表面劃痕較為嚴(yán)重，表面比較粗糙，光潔度不夠，且有灼傷痕跡。碳刷沒有破損、掉邊、掉角等現(xiàn)象，磨損較為嚴(yán)重，碳粉最多。對(duì)比3號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組，發(fā)現(xiàn)這2臺(tái)小機(jī)組的碳刷磨損較少，且小機(jī)組轉(zhuǎn)速比大機(jī)組轉(zhuǎn)速高。因碳刷都是同一批次采購(gòu)，說(shuō)明碳粉多不是因?yàn)樘妓⒉馁|(zhì)不滿足要求，而是因?yàn)榧姯h(huán)表面粗糙而增加了碳刷磨損，使得碳粉增多。②1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子近2個(gè)月的上導(dǎo)X方向和Y方向擺度值在220 μm以內(nèi)，上機(jī)架水平振動(dòng)X和Y振動(dòng)值以及垂直方向的振動(dòng)值在10 μm以內(nèi)，各值都符合機(jī)組振擺在線監(jiān)測(cè)要求，可排除由于轉(zhuǎn)子振擺過(guò)大而導(dǎo)致碳刷磨損嚴(yán)重的可能性。③下集電環(huán)處和刷握處的碳粉堆積較嚴(yán)重，且碳粉已被油霧混合，具有吸附性。機(jī)組旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生的碳粉被滑環(huán)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的風(fēng)力吹到碳刷支架及各部，且在此過(guò)程中混合了熱油霧，使得轉(zhuǎn)子絕緣降低?；h(huán)室內(nèi)的4個(gè)上導(dǎo)油槽通氣窗管比延長(zhǎng)段短，熱油霧無(wú)法被擋在油槽中，導(dǎo)致大量油霧透過(guò)通氣窗進(jìn)入滑環(huán)室與碳粉混合。④1號(hào)發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油槽出現(xiàn)過(guò)甩油現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子處有大量油跡，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，漏油是從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子推力頭內(nèi)側(cè)與油盆對(duì)接處溢出，檢查上導(dǎo)油盆內(nèi)推力頭上部通氣孔和接合軸瓦處通油孔，發(fā)現(xiàn)均未堵塞，上導(dǎo)油盆通氣窗也未堵塞。分析甩油原因，是由于機(jī)組運(yùn)行時(shí)，隨著機(jī)組大轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在轉(zhuǎn)子與油盆對(duì)接空間內(nèi)形成負(fù)壓。由于存在負(fù)壓，就要在上導(dǎo)油盆內(nèi)吸氣，以保證油盆內(nèi)氣壓平衡。在油盆通氣窗無(wú)法滿足吸氣要求時(shí)，油盆內(nèi)的汽輪機(jī)油就會(huì)被吸出，造成1號(hào)機(jī)組甩油事故（如圖1所示）。取出上導(dǎo)油盆蓋與轉(zhuǎn)子接縫處用壓板壓接密封的毛氈，以增大油盆通氣量，破壞負(fù)壓形成的真空，從而防止機(jī)組甩油現(xiàn)象的發(fā)生。但由于這種做法既增加了通氣量，又降低了上導(dǎo)油盆密封效果，油盆內(nèi)熱油霧從該縫隙中揮發(fā)到滑環(huán)室，導(dǎo)致碳粉在碳刷支架等處堆積。⑤滑環(huán)室內(nèi)的滑環(huán)和刷架處堆積碳粉較少，碳粉大部分掉落在油盆蓋上。因小機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)罩外有玻璃罩子蓋住（此玻璃罩子是為了發(fā)電機(jī)層美觀而做的），所以滑環(huán)室窗口上方玻璃面上有油污現(xiàn)象?？煞治龀錾蠉u油盆通氣窗設(shè)計(jì)存在缺陷，通氣窗延伸段較短，導(dǎo)致油霧從該窗口內(nèi)溢出。⑥發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油槽內(nèi)的熱油隨轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)而翻騰，從而產(chǎn)生油霧。大量油霧從通氣窗管內(nèi)繞過(guò)擋油板的冷卻阻擋進(jìn)入滑環(huán)室，且與碳粉混合后形成吸附力較強(qiáng)的混合物。該混合物具備一定的導(dǎo)電性能，黏附在刷架拉桿絕緣子、集電環(huán)支撐絕緣子處，使帶電部分與大地發(fā)生間接電氣聯(lián)系，造成絕緣下降。刷架、滑環(huán)支臂和支撐絕緣子處有較重的積污，致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣阻值嚴(yán)重下降，為發(fā)電機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。而2臺(tái)小機(jī)滑環(huán)室內(nèi)的碳粉由于沒有與油霧混合，碳粉隨滑環(huán)高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的氣流吹走，碳刷架處很少堆積碳粉，因此，轉(zhuǎn)子的絕緣性能良好。

在觀察中發(fā)現(xiàn)，碳粉和油霧的混合顆粒使得滑環(huán)表面更加臟污，接觸電阻同步增大，有些還黏附在刷握里，造成碳刷卡阻。這種滑環(huán)表面嚴(yán)重臟污和碳刷卡阻現(xiàn)象，也是造成碳刷打火、滑環(huán)電化腐蝕、滑環(huán)表面凹凸不平的原因。

3 解決方法

針對(duì)1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際情況，目前暫時(shí)不能對(duì)轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面進(jìn)行拋光處理，可以考慮在原上導(dǎo)油槽通氣窗中延長(zhǎng)通氣管路。做直徑為70 mm的彎接頭鋼管，與延伸鋼管焊接后再與通氣管焊接，并在通氣窗中焊接若干半圓形擋油板。擋油板在通氣窗內(nèi)上下錯(cuò)開對(duì)稱焊接，焊接完后清理干凈焊渣，再延伸鋼管端部焊接十字對(duì)稱的抓手，用以掛接通氣窗床罩，使新做的通氣窗口正對(duì)滑環(huán)室窗口。這樣，就能使發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的油霧通過(guò)通氣窗冷卻作用凝結(jié)成油珠，油珠再流回油槽中，防止了油霧與碳粉的混合。延長(zhǎng)后的通氣窗窗口正對(duì)滑環(huán)室網(wǎng)格窗口，以便將沒有來(lái)得及冷卻的少量油霧經(jīng)滑環(huán)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的順時(shí)針風(fēng)吹出滑環(huán)室，且碳刷摩擦產(chǎn)生的碳粉也被滑環(huán)高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生風(fēng)力吹散，使其難以附著在碳刷拉桿絕緣子和集電環(huán)支撐絕緣子表面，從而使碳粉和油霧混合物對(duì)轉(zhuǎn)子絕緣的威脅得到有效控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水輪發(fā)電機(jī)能否保證水輪發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期、正常運(yùn)行會(huì)直接影響到水電站的經(jīng)濟(jì)效益。因此，解決發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣下降的問(wèn)題迫在眉睫。為了保證整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行，工作人員需要在原上導(dǎo)油槽通氣窗中延長(zhǎng)通氣管路，以減少堆積在發(fā)電機(jī)機(jī)架蓋板處、碳刷支架和滑環(huán)支臂處的碳粉，為發(fā)電站提供一個(gè)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行環(huán)境，保證電力能源的順利供給，為發(fā)電站創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]林德生.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障處理[J].云南電力技術(shù)，2011（04）.

[2]朱躍亮.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣下降原因分析及處理[J].華電技術(shù)，2010（10）.

[3]孟利平，張秀平，賈玉峰.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低原因分析及處理[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2012（03）.

〔編輯：王霞〕endprint

摘 要：針對(duì)某水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路絕緣降低的問(wèn)題，從集電環(huán)表面問(wèn)題、機(jī)組旋轉(zhuǎn)摩擦程度、油槽通氣窗設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)出了水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低的原因，并提出了相應(yīng)的解決方法，以期有效提高機(jī)組的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：水電站；水輪發(fā)電機(jī)；絕緣性能；發(fā)電機(jī)組

中圖分類號(hào)：TM312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）24-0136-02

水輪發(fā)電機(jī)組是該水電站中最重要的動(dòng)力設(shè)備，水輪發(fā)電機(jī)組由水輪機(jī)、調(diào)速器和發(fā)電機(jī)組成。水輪機(jī)是將水流能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械旋轉(zhuǎn)能量的設(shè)備，它利用水電站的水頭和流量來(lái)做功。調(diào)速器可以調(diào)節(jié)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，以保證電能的頻率質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)開、停、變速、加減負(fù)荷、調(diào)相、成組控制、事故停機(jī)，達(dá)到機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。然而，該水電站自投產(chǎn)發(fā)電以來(lái)，多次發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，增加了機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)次數(shù)，加大了設(shè)備的檢修維護(hù)強(qiáng)度。為了使發(fā)電機(jī)機(jī)組安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，本文對(duì)其絕緣性能的降低原因進(jìn)行了深入探討。

1 機(jī)組概述

某水電站1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組為大機(jī)組，裝機(jī)容量都為35 MW，機(jī)組型號(hào)為SF35-24/5700。3號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組為小機(jī)組，裝機(jī)容量都為15 MW，機(jī)組型號(hào)為SF15-16/3800。大機(jī)額定轉(zhuǎn)速為250 r/min，小機(jī)額定轉(zhuǎn)速為375 r/min，機(jī)組轉(zhuǎn)速比較快，導(dǎo)致碳粉磨損比較嚴(yán)重，該站首臺(tái)發(fā)電機(jī)組于2013-01并網(wǎng)運(yùn)行。

2 現(xiàn)象及異常分析

隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的推移，1號(hào)發(fā)電機(jī)（裝機(jī)35 MW）轉(zhuǎn)子絕緣狀況不佳，絕緣強(qiáng)度難以保證機(jī)組的正常運(yùn)行。停機(jī)后，用500 V搖表測(cè)量轉(zhuǎn)子絕緣，發(fā)現(xiàn)阻值不到0.1 MΩ。維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)上機(jī)架蓋板處、碳刷支架和滑環(huán)支臂處堆滿了碳粉和油污的混合顆粒，隨即對(duì)集電環(huán)室設(shè)備進(jìn)行了擦拭清理，清理干凈后測(cè)得轉(zhuǎn)子絕緣大于500 MΩ，具備投運(yùn)條件，1號(hào)發(fā)電機(jī)隨即投入運(yùn)行。在1號(hào)機(jī)組的正常停機(jī)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置SDG833出現(xiàn)“失磁一時(shí)限保護(hù)”動(dòng)作，機(jī)組立即開始電氣事故停機(jī)流程，經(jīng)維護(hù)人員對(duì)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)檢查后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子絕緣對(duì)地阻值為0 MΩ，且發(fā)電機(jī)碳刷拉桿絕緣子和滑環(huán)支臂處堆滿碳粉和油霧混合顆粒。

經(jīng)過(guò)分析，總結(jié)上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因主要有：①檢查1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)上下集電環(huán)表面，發(fā)現(xiàn)下集電環(huán)表面劃痕較為嚴(yán)重，表面比較粗糙，光潔度不夠，且有灼傷痕跡。碳刷沒有破損、掉邊、掉角等現(xiàn)象，磨損較為嚴(yán)重，碳粉最多。對(duì)比3號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組，發(fā)現(xiàn)這2臺(tái)小機(jī)組的碳刷磨損較少，且小機(jī)組轉(zhuǎn)速比大機(jī)組轉(zhuǎn)速高。因碳刷都是同一批次采購(gòu)，說(shuō)明碳粉多不是因?yàn)樘妓⒉馁|(zhì)不滿足要求，而是因?yàn)榧姯h(huán)表面粗糙而增加了碳刷磨損，使得碳粉增多。②1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子近2個(gè)月的上導(dǎo)X方向和Y方向擺度值在220 μm以內(nèi)，上機(jī)架水平振動(dòng)X和Y振動(dòng)值以及垂直方向的振動(dòng)值在10 μm以內(nèi)，各值都符合機(jī)組振擺在線監(jiān)測(cè)要求，可排除由于轉(zhuǎn)子振擺過(guò)大而導(dǎo)致碳刷磨損嚴(yán)重的可能性。③下集電環(huán)處和刷握處的碳粉堆積較嚴(yán)重，且碳粉已被油霧混合，具有吸附性。機(jī)組旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生的碳粉被滑環(huán)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的風(fēng)力吹到碳刷支架及各部，且在此過(guò)程中混合了熱油霧，使得轉(zhuǎn)子絕緣降低?；h(huán)室內(nèi)的4個(gè)上導(dǎo)油槽通氣窗管比延長(zhǎng)段短，熱油霧無(wú)法被擋在油槽中，導(dǎo)致大量油霧透過(guò)通氣窗進(jìn)入滑環(huán)室與碳粉混合。④1號(hào)發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油槽出現(xiàn)過(guò)甩油現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子處有大量油跡，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，漏油是從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子推力頭內(nèi)側(cè)與油盆對(duì)接處溢出，檢查上導(dǎo)油盆內(nèi)推力頭上部通氣孔和接合軸瓦處通油孔，發(fā)現(xiàn)均未堵塞，上導(dǎo)油盆通氣窗也未堵塞。分析甩油原因，是由于機(jī)組運(yùn)行時(shí)，隨著機(jī)組大轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在轉(zhuǎn)子與油盆對(duì)接空間內(nèi)形成負(fù)壓。由于存在負(fù)壓，就要在上導(dǎo)油盆內(nèi)吸氣，以保證油盆內(nèi)氣壓平衡。在油盆通氣窗無(wú)法滿足吸氣要求時(shí)，油盆內(nèi)的汽輪機(jī)油就會(huì)被吸出，造成1號(hào)機(jī)組甩油事故（如圖1所示）。取出上導(dǎo)油盆蓋與轉(zhuǎn)子接縫處用壓板壓接密封的毛氈，以增大油盆通氣量，破壞負(fù)壓形成的真空，從而防止機(jī)組甩油現(xiàn)象的發(fā)生。但由于這種做法既增加了通氣量，又降低了上導(dǎo)油盆密封效果，油盆內(nèi)熱油霧從該縫隙中揮發(fā)到滑環(huán)室，導(dǎo)致碳粉在碳刷支架等處堆積。⑤滑環(huán)室內(nèi)的滑環(huán)和刷架處堆積碳粉較少，碳粉大部分掉落在油盆蓋上。因小機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)罩外有玻璃罩子蓋住（此玻璃罩子是為了發(fā)電機(jī)層美觀而做的），所以滑環(huán)室窗口上方玻璃面上有油污現(xiàn)象?？煞治龀錾蠉u油盆通氣窗設(shè)計(jì)存在缺陷，通氣窗延伸段較短，導(dǎo)致油霧從該窗口內(nèi)溢出。⑥發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油槽內(nèi)的熱油隨轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)而翻騰，從而產(chǎn)生油霧。大量油霧從通氣窗管內(nèi)繞過(guò)擋油板的冷卻阻擋進(jìn)入滑環(huán)室，且與碳粉混合后形成吸附力較強(qiáng)的混合物。該混合物具備一定的導(dǎo)電性能，黏附在刷架拉桿絕緣子、集電環(huán)支撐絕緣子處，使帶電部分與大地發(fā)生間接電氣聯(lián)系，造成絕緣下降。刷架、滑環(huán)支臂和支撐絕緣子處有較重的積污，致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣阻值嚴(yán)重下降，為發(fā)電機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。而2臺(tái)小機(jī)滑環(huán)室內(nèi)的碳粉由于沒有與油霧混合，碳粉隨滑環(huán)高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的氣流吹走，碳刷架處很少堆積碳粉，因此，轉(zhuǎn)子的絕緣性能良好。

在觀察中發(fā)現(xiàn)，碳粉和油霧的混合顆粒使得滑環(huán)表面更加臟污，接觸電阻同步增大，有些還黏附在刷握里，造成碳刷卡阻。這種滑環(huán)表面嚴(yán)重臟污和碳刷卡阻現(xiàn)象，也是造成碳刷打火、滑環(huán)電化腐蝕、滑環(huán)表面凹凸不平的原因。

3 解決方法

針對(duì)1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際情況，目前暫時(shí)不能對(duì)轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面進(jìn)行拋光處理，可以考慮在原上導(dǎo)油槽通氣窗中延長(zhǎng)通氣管路。做直徑為70 mm的彎接頭鋼管，與延伸鋼管焊接后再與通氣管焊接，并在通氣窗中焊接若干半圓形擋油板。擋油板在通氣窗內(nèi)上下錯(cuò)開對(duì)稱焊接，焊接完后清理干凈焊渣，再延伸鋼管端部焊接十字對(duì)稱的抓手，用以掛接通氣窗床罩，使新做的通氣窗口正對(duì)滑環(huán)室窗口。這樣，就能使發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的油霧通過(guò)通氣窗冷卻作用凝結(jié)成油珠，油珠再流回油槽中，防止了油霧與碳粉的混合。延長(zhǎng)后的通氣窗窗口正對(duì)滑環(huán)室網(wǎng)格窗口，以便將沒有來(lái)得及冷卻的少量油霧經(jīng)滑環(huán)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的順時(shí)針風(fēng)吹出滑環(huán)室，且碳刷摩擦產(chǎn)生的碳粉也被滑環(huán)高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生風(fēng)力吹散，使其難以附著在碳刷拉桿絕緣子和集電環(huán)支撐絕緣子表面，從而使碳粉和油霧混合物對(duì)轉(zhuǎn)子絕緣的威脅得到有效控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水輪發(fā)電機(jī)能否保證水輪發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期、正常運(yùn)行會(huì)直接影響到水電站的經(jīng)濟(jì)效益。因此，解決發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣下降的問(wèn)題迫在眉睫。為了保證整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行，工作人員需要在原上導(dǎo)油槽通氣窗中延長(zhǎng)通氣管路，以減少堆積在發(fā)電機(jī)機(jī)架蓋板處、碳刷支架和滑環(huán)支臂處的碳粉，為發(fā)電站提供一個(gè)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行環(huán)境，保證電力能源的順利供給，為發(fā)電站創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]林德生.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障處理[J].云南電力技術(shù)，2011（04）.

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〔編輯：王霞〕endprint