柴河電站1號水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子故障分析及處理

傅守權(quán) 紀(jì)慶周

(遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000)

柴河電站1號水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子故障分析及處理

傅守權(quán) 紀(jì)慶周

(遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000)

水輪發(fā)電機組作為水電站電能生產(chǎn)的主要設(shè)備,對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。機組轉(zhuǎn)子故障是影響機組發(fā)電質(zhì)量及正常運行的重要因素。本文針對柴河電站1號水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生的故障，對故障原因進行了分析,提出了合理的處理方案，取得了良好的效果。

水輪發(fā)電機組；轉(zhuǎn)子故障；處理

1 概 述

柴河電站位于遼寧省鐵嶺市鐵嶺縣熊官屯鎮(zhèn)，為壩后式電站。電站1號水輪發(fā)電機組裝機3200kW，水輪機型號為HL240-LJ-140，發(fā)電機型號為TS325/36-25(發(fā)電機主要參數(shù)見右表)。

2016年11月29日8時15分，柴河電站1號水輪發(fā)電機組正常發(fā)電運行過程中，發(fā)電機蓋板下方出現(xiàn)火花，并伴隨機組很大異常聲響，中控室后臺同時出現(xiàn)勵磁故障、強勵等報警。過流三段保護動作，隨后機組飛車過速，同時，機組過速保護動作，機組事故停機。

發(fā)電機主要參數(shù)表

2 故障查找及原因分析

2.1 故障點查找

1號機組事故停機后，初步確定事故部位為發(fā)電機部分。首先利用2500V搖表對發(fā)電機的定子三相之間的相間絕緣及對地絕緣進行試驗：將發(fā)電機定子的出口電纜及中性點電纜拆下，測發(fā)電機定子對地絕緣及相間絕緣。經(jīng)試驗，無論是定子對地絕緣還是相間絕緣，絕緣電阻都在1000MΩ以上，定子絕緣良好。

發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣測試：將發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈與集電環(huán)分開，利用500V搖表測量轉(zhuǎn)子對地絕緣，轉(zhuǎn)子對地絕緣電阻為0，說明發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣已經(jīng)損壞。確定此次機組故障部位為發(fā)電機轉(zhuǎn)子。

拆開發(fā)電機上蓋板及相應(yīng)處擋風(fēng)板，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的四號磁極的側(cè)面已燒黑，而三號磁極與四號磁極連接處的磁極引線有明顯的燒損現(xiàn)象。發(fā)電機轉(zhuǎn)子吊出機坑后，發(fā)現(xiàn)四號磁極與三號磁極連接處的銅排靠近四號磁極的極靴根部處被燒斷。最終確定故障部位為發(fā)電機轉(zhuǎn)子四號磁極(見下圖)。

轉(zhuǎn)子磁極故障部位

2.2 故障原因分析

柴河電站1號機組1976年投產(chǎn)運行，發(fā)電機轉(zhuǎn)子至今已運行40余年，轉(zhuǎn)子磁極極身絕緣是玻璃云母箔和黃玻璃漆布復(fù)合絕緣，整個磁極采用“B”級絕緣，絕緣等級本身相對不高。

轉(zhuǎn)子在四號磁極與三號磁極連接處，靠近四號磁極極靴邊緣處的絕緣電木相對較薄，是薄弱環(huán)節(jié)，且經(jīng)過多年運行，出現(xiàn)絕緣老化。若機組出現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓突然升高、電網(wǎng)電壓波動、雷電感應(yīng)、發(fā)電機突然強勵等現(xiàn)象，均容易造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓的升高，在轉(zhuǎn)子絕緣薄弱處會出現(xiàn)緩慢的間歇性放電現(xiàn)象，長期放電加速了絕緣老化和碳化，最終該處承受不住正常的發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓而造成弧光，從而燒斷該處的轉(zhuǎn)子磁極銅排。運行中的發(fā)電機由于轉(zhuǎn)子銅排燒斷無法構(gòu)成回路，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失去勵磁電流。沒有了勵磁電流，發(fā)電機在轉(zhuǎn)子阻尼鼠籠繞組的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C運行，導(dǎo)致發(fā)電機產(chǎn)生很大的異常聲響，同時，發(fā)電機定子會過電流，導(dǎo)致發(fā)電機過流保護動作。當(dāng)過流保護動作，出口開關(guān)跳開后，機組甩負荷造成了機組過速，繼而機組過速保護動作，機組事故停機。

3 故障處理

如果發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極本身絕緣老化嚴(yán)重或線圈燒損嚴(yán)重，必須將磁極線圈拆除，重新進行絕緣或更換磁極線圈。柴河電站1號機組轉(zhuǎn)子磁極的磁極引線燒斷，磁極絕緣損壞嚴(yán)重，因此，需要拆除故障磁極。

3.1 故障磁極的拆卸

將故障磁極即四號磁極的四條定位鍵的焊點用旋轉(zhuǎn)銑刀及角磨機切片，把焊點切開。四根鍵中，有兩個根鍵是從上面向下打進鍵槽的。在這兩個上打鍵的上端部焊上吊環(huán)用吊車向上撥鍵，同時用千金頂從轉(zhuǎn)子下端向上頂鍵，緩慢將該磁極的兩個上打鍵撥出，取出其余兩個配合鍵，用吊帶捆好四號磁極，用吊車將其吊出。

3.2 故障磁極的處理

3.2.1 方案選擇

針對此次轉(zhuǎn)子磁極故障情況，提出兩套處理方案：

方案一：對四號磁極進行修復(fù)處理，對磁極絕緣損壞、線圈暴露部分重新做絕緣，更換燒損的磁極引線，更換磁極引線與極靴之間的絕緣墊板，對未損傷磁極部位做刷絕緣漆處理。

方案二：重新定做一個轉(zhuǎn)子磁極，更換新磁極。由于柴河電站1號發(fā)電機轉(zhuǎn)子生產(chǎn)已超過40年，隨著磁極的更新?lián)Q代，磁極生產(chǎn)廠家無該產(chǎn)品的備品備件，需重新定做。生產(chǎn)新的磁極需要4～5個月時間，周期長，并且重新做模具，工序繁瑣，價格昂貴，一個磁極價格在4萬～5萬元左右?？紤]到方案二歷時周期長、經(jīng)濟性差，無法滿足機組4月份并網(wǎng)發(fā)電的需求，最終選擇方案一。

3.2.2 磁極絕緣的修復(fù)處理

原磁極線圈是用4mm×40mm鋁帶扁繞而成，匝間墊以浸透絕緣的石棉紙，首末兩匝半疊包醇酸玻璃云母帶及玻璃絲帶以加強絕緣，磁極線圈出線處均焊有鋁銅接頭，引出線為0.5mm厚軟銅帶并用銀焊焊在鋁銅接頭上。此次修復(fù)所用的絕緣材料與原磁極生產(chǎn)時所用絕緣材料基本一致。

首先進行線圈和極靴的分解，將線圈從極靴上取下后，由于靠近損壞處的前四匝線圈被弧光碳化，因此，對前四匝絕緣碳化的部分進行清理，將疊包在線圈上的碳化醇酸玻璃云母帶及玻璃絲帶清理后，用酒精清洗干凈。然后對燒斷磁極引線處進行處理。從轉(zhuǎn)子線圈燒斷側(cè)拆下鉚固橫向銅排的四個M5的鉚釘，拆除用錫焊接損壞的50mm寬銅排四片，重新購買厚度為0.5mm的紫銅板，切成寬50mm、長200mm的銅排四片，并且對應(yīng)原來線圈銅排的四個鉚釘孔，把四片新銅排用電鉆打出四個M5的孔，再用錫鍋把新的銅排每片都掛好薄薄一層導(dǎo)電的錫，用新采購的M5的銅鉚釘，把新的200mm長的四片銅排重新鉚固到原來的轉(zhuǎn)子線圈上，鉚固完畢，再用火焊和焊錫焊接一遍，使之連接牢固熔在一起，溫度降下來后再用酒精清洗一遍。最后對清洗后的四匝磁極線圈和磁極引線進行絕緣包扎。先用絕緣漆刷一遍裸露的磁極線圈和引線，然后用波璃絲布帶疊包，每包一層波璃絲帶涂一層絕緣漆，共疊包四層。在處理的四匝線圈的層間還放置0.5mm的環(huán)氧布板墊層，增強匝間絕緣。

磁極線圈與磁軛連接處原有5mm厚的兩片橢圓形墊圈，作為磁軛與磁極之間的絕緣，由于多年運行，墊圈部分碳化，絕緣降低。對碳化墊圈進行處理，重新涂上絕緣漆，并重新制作兩個1mm厚橢圓形墊圈，墊在原5mm厚的兩片橢圓形墊圈上，大大增加了磁極與磁軛之間的絕緣。把已處理好的磁極線圈整體套裝到極靴上，極靴鐵芯與線圈之間原來的絕緣紙良好，為增加絕緣，在極靴的上下兩側(cè)用2mm厚的環(huán)氧布板墊好，同時將新的0.5mm厚的環(huán)氧布板彎成橢圓形，在線圈與鐵芯之間繞360°，墊上一圈并留有搭接量，使線圈和鐵芯之間的絕緣電阻大大增強。

3.2.3 磁極的整形與干燥

由于對四匝線圈的絕緣進行了處理，增加了橢圓形絕緣墊圈，導(dǎo)致線圈發(fā)生變形即線圈的整體厚度有所增加。為了能和原來的磁極線圈厚度一致，采用100的槽鋼做了兩個四方框，用兩個千斤頂并用木方墊在千斤頂下，千斤頂頂住槽鋼外框，使之給線圈加力，整形到原來狀態(tài)。用千斤頂壓住后，在磁極線圈的全方位再涂絕緣漆，在線圈的兩側(cè)用兩臺熱風(fēng)機對線圈進行加熱，24h后，絕緣漆固化完畢。

3.2.4 磁極的回裝及磁極間引線的連接

四號磁極修復(fù)完畢后，進行回裝，將鍵重新打入鍵槽固定磁極，磁極保持和修復(fù)前高度一樣，因為該磁極下端原焊接有擋塊，高度不變，兩側(cè)鍵打緊后，鍵的上部高度和原來其它磁極鍵的高度一致，并進行焊接，鍵的上下兩面即轉(zhuǎn)子的上面與下面全部焊接，進行三號磁極和四號磁極、四號磁極和五號磁極的磁極引線的連接處理。在四號磁極兩側(cè)連接之前，先把兩側(cè)銅排鉆好M12的孔，并且用1.5mm、厚50mm寬的銅板做面U形箍，側(cè)面也鉆M12的孔，用U形箍套入引線接頭后，用M12的紫銅螺栓把四號磁極的兩側(cè)引線銅排分別與三號磁極和五號磁極的引線銅排把合牢固，同時對兩側(cè)的銅螺栓進行打點鉚固，防止銅螺栓脫扣，然后用火焊及焊錫進行再一次的焊接，直到各銅排之間所有縫隙灌滿錫為止，并快速用絕緣布擦干凈。待兩側(cè)引線溫度降下來后，進行兩側(cè)接頭的絕緣處理。用1038絕緣漆刷一遍后包一層玻璃布帶，每刷一層絕緣漆疊包一層布帶，共包10層。同時在四號及三號磁極的引線處重新墊上一塊新的10mm厚的電木板，兩側(cè)做楔形處理并分別插入兩側(cè)磁極的極靴內(nèi)，用玻璃布帶綁扎牢固并刷絕緣漆加熱固化，全部完畢后，轉(zhuǎn)子整體噴快干海洋灰色絕緣漆。

4 磁極電氣試驗

4.1 四號磁極單獨電氣試驗

四號磁極修復(fù)完成后，分別對磁極進行了絕緣泄露試驗、直流電阻試驗及交流阻抗試驗。將實驗數(shù)據(jù)與三號磁極測量數(shù)據(jù)進行比對。

用500V搖表對四號磁極進行絕緣泄露測試，該磁極的絕緣電阻為無窮大，換用1000V搖表測試，電阻值仍為無窮大，四號磁極修復(fù)后絕緣狀況良好。

對四號磁極進行直流電阻試驗，試驗時溫度為19.5℃，四號磁極直流電阻為1.17V/100A=0.02Ω。三號磁極在溫度為9℃時，直流電阻為1.07V/100A=0.01Ω，除去溫度對阻值的影響，四號與三號磁極的直流電阻值基本相同。

對修復(fù)后的四號磁極進行交流阻抗試驗，試驗時四號磁極線圈溫度為19.5℃，加入1A的交流電流，測得四號磁極兩引線端電壓為2.20V，其交流阻抗即為2.20Ω。三號磁極線圈溫度為9℃，測得三號磁極兩引線端電壓值為2.10V，其交流阻抗即為2.10Ω。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，兩個磁極試驗結(jié)果基本一致，說明修復(fù)后的四號磁極各方面參數(shù)和其它磁極基本一致，修復(fù)效果良好。

4.2 磁極回裝后轉(zhuǎn)子整體電氣試驗

轉(zhuǎn)子組裝完成后，對轉(zhuǎn)子整體進行了各類電氣試驗：用1000V搖表測試，轉(zhuǎn)子整體的絕緣電阻為無窮大；轉(zhuǎn)子整體的1A交流阻抗為52.20Ω；轉(zhuǎn)子整體直流電阻為21.30V/100A=0.21Ω(轉(zhuǎn)子整體溫度9℃)；轉(zhuǎn)子交流耐壓試驗：試驗交流電壓為1200V，試驗時長1min，交流耐壓試驗完畢后，用500V搖表測得轉(zhuǎn)子的絕緣電阻為無窮大。

通過轉(zhuǎn)子整體試驗，說明轉(zhuǎn)子修復(fù)后整體絕緣狀況良好，修復(fù)磁極與相鄰磁極之間的連接良好。

5 結(jié) 語

柴河電站1號水輪發(fā)電機組通過轉(zhuǎn)子故障修復(fù)，大大增強了轉(zhuǎn)子磁極絕緣，機組經(jīng)過48h試運行，運行情況良好，各類電氣參數(shù)正常。在今后的運行檢修過程中應(yīng)加強對轉(zhuǎn)子磁極的維護與試驗，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，防止此類事故再次發(fā)生。

[1] 郭時珍.水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極絕緣降低的故障分析及處理[J].電網(wǎng)與清潔能源，2008(2):51-54.

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[3] 朱躍亮.水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣下降原因分析及處理[J].華電技術(shù)，2010(10):37-39.

Faults Anacysis and Treatment of No.1 Hydroelectric Generating Set unit Rotor in Chaihe Power Station

FU Shouquan, JI Qingzhou

(LiaoningChaiheReservoirAuthority,Tieling112000,China)

Hydroelectric generationg set, as main equipment for electrical energy generation in hydropower station, plays an important role to safe and stable operation of power system. The fault of the unit rotor is an important factor affecting unit power generation quality and normal operation. In the paper, fault reasons are analyzed, rational treatment plans are proposed, and excellent effects are obtained aiming at the fault of No. 1 hydroelectric generating set rotor magnetic pole in Chaihe Power Station.

hydroelectric generating set; rotor fault; treatment

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.06.009

TV734.2

A

1673-8241(2017)06- 0036- 04