水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障分析及處理

張 杰， 趙 菊 花

(四川大川電力有限公司，四川 雅安 625605)

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水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障分析及處理

張 杰， 趙 菊 花

(四川大川電力有限公司，四川 雅安 625605)

通過理論與實際證明，說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大修、軸心孔封堵后，徹底解決了因油污和碳粉混合物長期附著在轉(zhuǎn)子磁極及勵磁回路電纜表面，滲透到磁極鐵芯與托板及磁軛之間，從而降低轉(zhuǎn)子絕緣，造成設(shè)備使用壽命縮短的問題，確保了發(fā)電機(jī)組長周期安全、穩(wěn)定運行。

水輪發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子絕緣；故障分析；處理方法

1 設(shè)備概況

小牛頸電站1、2號發(fā)電機(jī)組勵磁回路均采用的是銅芯電纜，從集電環(huán)穿過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸心孔與轉(zhuǎn)子磁極相連。在發(fā)電機(jī)碳刷與滑環(huán)運行產(chǎn)生的碳粉和推力油槽的少量滲漏油容易通過轉(zhuǎn)子軸心孔進(jìn)入磁極表面，在磁極表面形成油霧和碳粉混合物，造成轉(zhuǎn)子絕緣降低發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障，從而被迫停機(jī)。一方面是油霧和碳粉混合物通過轉(zhuǎn)子軸心孔進(jìn)入磁極表面長期粘附在轉(zhuǎn)子線圈表面，造成轉(zhuǎn)子絕緣嚴(yán)重偏低，影響運行的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。另一方面是轉(zhuǎn)子絕緣過低在發(fā)電機(jī)在運行過程中造成安全隱患。此外，還需不定期對轉(zhuǎn)子進(jìn)行清洗，保證轉(zhuǎn)子絕緣，一個汛期對轉(zhuǎn)子清洗約1～2次，每次需停機(jī)3小時，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)和發(fā)電效益，其維護(hù)工作量也隨之增大，不僅增加了維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，更是增加了水電站的成本。

2 故障現(xiàn)象

2014年3月15日，小牛頸電站1號機(jī)組運行過程中，機(jī)組保護(hù)裝置報“轉(zhuǎn)子一點接地故障”信號，停機(jī)后檢查1號機(jī)組轉(zhuǎn)子回路絕緣為零，經(jīng)檢修人員首先對集電環(huán)、刷架、勵磁回路電纜絕緣進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)問題，但連接轉(zhuǎn)子后檢測絕緣仍為零，后進(jìn)一步對轉(zhuǎn)子磁極進(jìn)行反復(fù)檢查清掃，轉(zhuǎn)子絕緣回升至0.2 MΩ且為最高值，機(jī)組暫恢復(fù)運行。小牛頸2號機(jī)組在2014年4月9日出現(xiàn)同樣故障。且小牛頸電站自2008年1月投運以來，曾多次發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障(故障發(fā)生時間見表1)，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運行，增加了機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)次數(shù)，加大了設(shè)備檢修維護(hù)強(qiáng)度。通過對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及故障原因進(jìn)行分析，查找故障產(chǎn)生的原因。

表1 故障發(fā)生時間

3 故障原因分析

通過對轉(zhuǎn)子磁極及勵磁回路檢查表明，并根據(jù)故障現(xiàn)象分析，一是受當(dāng)時設(shè)計和制造工藝水平限制，磁極線圈與鐵芯之間的主絕緣密封不理想，使的磁極線圈與之間的絕緣結(jié)構(gòu)以及磁極鐵芯與托板及磁軛間均存在一定縫隙，降低了磁極絕緣的防塵防污能力。二是在發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的循環(huán)風(fēng)作用下，發(fā)電機(jī)碳刷與滑環(huán)運行產(chǎn)生的碳粉和推力油槽的少量滲漏油容易通過轉(zhuǎn)子軸心孔進(jìn)入磁極表面，在磁極表面形成油霧和碳粉混合物，滲透到磁極線圈與鐵芯之間的主絕緣體上，形成帶有“半導(dǎo)體”特性的介質(zhì)，加上水電站空氣濕度較大，機(jī)組停運一段時間后，轉(zhuǎn)子絕緣性能就會下降，甚至沒有絕緣功能，極大地威脅機(jī)組運行安全。

4 處理經(jīng)過及方法

由于以出現(xiàn)上現(xiàn)象，在2014年11月至2015年2月期間，先后對小牛頸電站1、2號機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)子大修，在解體過程中發(fā)現(xiàn)磁極鐵芯與托板及磁軛間均存在間隙(見圖1)，且間隙間附著有大量由碳粉及油污形成的“半導(dǎo)體”特性的介質(zhì)(見圖2)，解體磁極與磁極線圈時發(fā)現(xiàn)極身絕緣高出線圈及鐵芯T型槽下端平面(見圖3)，是造成磁極鐵芯與托板及磁軛存在間隙的主要原因，且給磁極鐵芯與磁軛間形成了爬電通道，碳粉及油污形成的“半導(dǎo)體”特性的介質(zhì)形成了導(dǎo)電通道，從而使磁極鐵芯對磁軛放電是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子一點接地故障的主要原因。通過對轉(zhuǎn)子磁極及線圈、磁軛、極身絕緣解體檢查表明，一是受當(dāng)時設(shè)計和制造工藝水平限制以及安裝工藝，磁極線圈與鐵芯之間的主絕緣密封不合理，使得磁極鐵芯與托板及磁軛間均存在間隙，降低了磁極絕緣的防塵防污能力(見圖4)。二是在發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的循環(huán)風(fēng)作用下，發(fā)電機(jī)碳刷與滑環(huán)運行產(chǎn)生的碳粉和推力油槽的少量滲漏油容易通過轉(zhuǎn)子軸心孔進(jìn)入磁極鐵芯與托板及磁軛的間隙中，在磁極表面形成油霧和碳粉混合物，滲透到磁極鐵芯與托板及磁軛之間，從而降低轉(zhuǎn)子絕緣。為提升磁極絕緣的防塵防污能力，分別將極身絕緣高出部分進(jìn)行處理(圖5)，徹底切斷磁極鐵芯與磁軛間的爬電通道，并更換轉(zhuǎn)子引線電纜，轉(zhuǎn)子磁極解體大修，進(jìn)行磁極鐵芯菱角打磨，磁極線圈與鐵芯之間的主絕緣采用DMD絕緣復(fù)合紙、5440-1 F級粉云母帶、醇酸晾干漆、紅磁漆進(jìn)行密封(見圖6)。磁極絕緣處理后測量轉(zhuǎn)子回路絕緣達(dá)到500兆歐以上。轉(zhuǎn)子大修雖處理了轉(zhuǎn)子極身絕緣，但未徹底解決根本問題。為了避免類似故障再次發(fā)生，防止油霧和碳粉混合物再次通過主軸軸心孔進(jìn)入轉(zhuǎn)子磁極和勵磁回路電纜表面，在發(fā)電機(jī)主軸軸心孔上端采用四個絕緣墊塊支撐起轉(zhuǎn)子引線，然后采用絕緣材料板將發(fā)電機(jī)主軸軸心孔進(jìn)行封堵密封，并利用絕緣墊塊為支撐，在絕緣墊塊外使用絕緣材料進(jìn)行二次纏繞密封，徹底切斷了發(fā)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的循環(huán)風(fēng)作用下，發(fā)電機(jī)碳刷與滑環(huán)運行產(chǎn)生的碳粉和推力油槽的少量滲漏油通過轉(zhuǎn)子軸心孔進(jìn)入轉(zhuǎn)子磁極的通道。實踐證明，此轉(zhuǎn)子軸心孔封堵有效的避免了油霧和碳粉混合物通過主軸軸心孔進(jìn)入轉(zhuǎn)子磁極和勵磁回路電纜表面，從而保護(hù)轉(zhuǎn)子絕緣，保證了發(fā)電機(jī)組長周期安全、穩(wěn)定運行。

圖1 磁極鐵芯與托板及磁軛間隙圖

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

5 結(jié) 語

經(jīng)過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極大修、軸心孔封堵后，發(fā)電機(jī)組經(jīng)過一個汛期的運行，機(jī)組再未出現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地故障信號，在汛期結(jié)束后分別對1、2號發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極和勵磁回路電纜進(jìn)行試驗檢查，轉(zhuǎn)子磁極及勵磁回路電纜未發(fā)現(xiàn)附著有油污和碳粉混合物，測量轉(zhuǎn)子絕緣仍達(dá)500兆歐以上，絕緣值未見下降。通過理論與實際證明，說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大修、軸心孔封堵后，徹底解決了因油污和碳粉混合物長期附著在轉(zhuǎn)子磁極及勵磁回路電纜表面，滲透到磁極鐵芯與托板及磁軛之間，從而降低轉(zhuǎn)子絕緣，造成設(shè)備使用壽命縮短的問題，確保了發(fā)電機(jī)組長周期安全、穩(wěn)定運行。

參考資料：

[1] 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)

[2] 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).

張 杰(1985-) ，男，四川都江堰人，畢業(yè)于四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，技師，從事水電生產(chǎn)安全運行及設(shè)備管理工作；

趙菊花(1982-)，女，四川都江堰人，畢業(yè)于四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子技術(shù)專業(yè)，技師，從事水電生產(chǎn)安全運行調(diào)度工作.

(責(zé)任編輯：卓政昌)

2016-10-20

TM312；U284.25；U472.42

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