水電廠機組發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣故障分析及處理對策分析

南寧交通資產(chǎn)管理有限責(zé)任公司 滕很朋

1 前言

隨著時代快速發(fā)展，水電廠機組設(shè)備得到了有效優(yōu)化，為了進(jìn)一步確保水電廠正常發(fā)電，保障泄洪用電質(zhì)量，通常會利用水輪發(fā)電機機組為水電廠及時提供安全穩(wěn)定的電源。水電廠水輪發(fā)電機機組在電網(wǎng)失電的情況下，及時啟動，為水電廠及時供電，以此保障水電廠運行安全，同時促使水電廠及時恢復(fù)外部供電，確保發(fā)電機機組運行的穩(wěn)定。但在發(fā)電機機組正常運行的過程中，機組中的轉(zhuǎn)子很容易受到絕緣故障因素影響，導(dǎo)致發(fā)電機無法正常運轉(zhuǎn)，為此應(yīng)當(dāng)做好發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣故障分析工作，根據(jù)造成故障影響因素，及時提出相應(yīng)的處理措施以及解決措施，確保發(fā)電機機組的穩(wěn)定運行。

2 水電廠水輪機組發(fā)電機組轉(zhuǎn)子絕緣故障的危害

水電廠一般會使用水輪發(fā)電機組作為發(fā)電運行工具，水輪發(fā)電機機組主要是由以下三個部分共同組成：發(fā)電機、水輪機、調(diào)速器。其中，以發(fā)電機機組為主，發(fā)電機轉(zhuǎn)子材料一般是采用的環(huán)氧型無溶劑，同時表面涂抹了絕緣漆。由于該類型的絕緣漆很容易受到溫度的影響，導(dǎo)致絕緣漆脫落。水輪發(fā)電機機組在長期運行的情況下，其負(fù)荷力將不斷增加，則會導(dǎo)致表面溫度上升，造成轉(zhuǎn)子絕緣性能降低，很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)子絕緣故障，最終導(dǎo)致發(fā)電機因溫度過高，造成破壞而無法正常運行[1]。

在當(dāng)前時代的發(fā)展過程中，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子材料進(jìn)行了改變，采用了不飽和聚酯絕緣漆材料，該材料具備極高的抗高溫性能，不容易發(fā)生變形情況，即便發(fā)電機機組在長期運行的情況下，也不會受到溫度因素影響造成絕緣漆出現(xiàn)脫落或者轉(zhuǎn)子變形情況，有效提高了發(fā)電機機組的絕緣性能。但是該材料轉(zhuǎn)子在長期使用下，絕緣性能會有所降低，當(dāng)絕緣組織降低到0時，發(fā)電機如果依舊可以保持預(yù)想狀態(tài)，那么則會受到高電壓因素影響，造成發(fā)電機內(nèi)部繞組出現(xiàn)嚴(yán)重短路情況，導(dǎo)致發(fā)電機內(nèi)部會出現(xiàn)自動放電問題，嚴(yán)重影響發(fā)電機的正常運行。

3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣故障原因分析

3.1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子受潮

發(fā)電廠位置環(huán)境濕度相對較大，發(fā)電機機組在運行的過程中很容易受到空氣中所含有的水分影響，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣造成侵蝕情況，一旦發(fā)電機在靜止的狀態(tài)下，空氣中的水分會自然落在發(fā)電機表面當(dāng)中，對發(fā)電機電子絕緣造成嚴(yán)重影響。另外，在對該故障分析的過程中，水電廠發(fā)電機機組運行時間相對較長，經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)電機現(xiàn)需停機情況，一旦發(fā)電廠對發(fā)電機有著明確的規(guī)定，發(fā)電機在停止運行的過程中，停機時間長達(dá)10h左右，為了保障發(fā)電機正常運行，則需要發(fā)電機空載運行1h左右才可暫停發(fā)電機運行。在發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣性能逐漸降低的情況下，發(fā)電機機組運行效率會得到提升，但對發(fā)電機整體運行質(zhì)量會造成嚴(yán)重影響[2]。

3.2 油霧影響

發(fā)電機機組中所包含的油管路相對較多，其中包含了上導(dǎo)管路、下導(dǎo)管路以及推力油管路，甚至還包含了水導(dǎo)油槽等。如果其中一條油管路出現(xiàn)了油槽密封不嚴(yán)的情況下，將會出現(xiàn)大量油霧，甚至在發(fā)電機運行的過程中會出現(xiàn)大量滲油的情況，對發(fā)電機機組穩(wěn)定運行將會造成嚴(yán)重影響。此外，發(fā)電機在運行的過程中，油霧受到機組溫度以及風(fēng)轉(zhuǎn)的影響下，會吸附在發(fā)電機機組的表面當(dāng)中，其中就包含了轉(zhuǎn)子線圈表面，在發(fā)電機長期運行下，周圍粉塵會受到壓力影響，吸附在油霧表面，造成轉(zhuǎn)子線圈表面會呈現(xiàn)出大量的塵埃。

同時，也會增加轉(zhuǎn)子的受潮度，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。出現(xiàn)該故障的主要原因就是在發(fā)電機設(shè)備安裝的過程中，工作人員并未對油管路油槽進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，對油槽未采取密封措施，導(dǎo)致發(fā)電機在實際運行的過程中，油霧散發(fā)量逐漸增多，最終造成轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。

3.3 機組振動擺度影響

發(fā)電機機組在實際運行的過程中，會出現(xiàn)機組振動現(xiàn)象，通過相應(yīng)監(jiān)測測量，發(fā)電機擺度測量數(shù)據(jù)結(jié)果，可以對發(fā)電機的實際運行穩(wěn)定情況加以了解。如果在測量的過程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機在運行時，振動頻率超出實際標(biāo)準(zhǔn)的情況下，則會說明發(fā)電機運行出現(xiàn)了問題，會導(dǎo)致機組滑環(huán)位置擺動較大，會增加碳刷磨損程度。另外，機組振動擺度頻率愈加的情況下，則說明發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極振動頻率會有所增加，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣會造成嚴(yán)重影響。對該故障因素進(jìn)行分析的過程中，主要是由于在進(jìn)行發(fā)電機盤車監(jiān)察的過程中，并未對發(fā)電機抽線與軸承間隙進(jìn)行合理調(diào)控，導(dǎo)致間隙為控制在定制范圍內(nèi)，從而造成發(fā)電機在運行的過程中，出現(xiàn)了擺動頻率較大的影響因素。

3.4 轉(zhuǎn)子絕緣老化

發(fā)電機在長期運行的情況下，轉(zhuǎn)子會高速轉(zhuǎn)動，會產(chǎn)生出大量的熱量，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子周圍溫度不斷增加。如果轉(zhuǎn)子絕緣材料長期處于高溫環(huán)境下，對轉(zhuǎn)子絕緣材料造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致材料質(zhì)量降低，最終會逐漸與轉(zhuǎn)子脫落，造成轉(zhuǎn)子絕緣電阻阻值降低。在對該故障問題進(jìn)行分析的過程中，發(fā)電機在長期運行的情況下，軸承部位溫度以及定子線圈溫度會逐漸增加，空冷器出風(fēng)溫度也會逐漸增加。雖然每年對發(fā)電機都會進(jìn)行檢測維修，但在檢測過程中，很容易忽視轉(zhuǎn)子絕緣檢測性能，最終導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。為此，工作人員在檢修工作開展中，應(yīng)當(dāng)利用相應(yīng)的檢測儀，做好轉(zhuǎn)子以及其余部件的檢修工作[3]。

3.5 轉(zhuǎn)子回路設(shè)備絕緣破壞

發(fā)電機在運行的情況下，一旦勵磁系統(tǒng)直流回路出現(xiàn)電纜絕緣材料破損，或者金屬異物與發(fā)電機接觸的情況下，會對轉(zhuǎn)子線圈造成一定的破壞，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。在出現(xiàn)該情況時，發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)會及時警報，但也會增加周圍電壓強度，造成機組自動停機問題。通過該故障問題分析，發(fā)電轉(zhuǎn)子絕緣能力降低后，轉(zhuǎn)子瞬時接地并未發(fā)生故障，而且機組也為發(fā)生跳閘的情況，隨后在檢測中，發(fā)現(xiàn)部分電纜由于在長期使用下，表面絕緣材料出現(xiàn)了破損情況，部分位置出現(xiàn)了嚴(yán)重的脫落情況，從而導(dǎo)致發(fā)電機在運行時，對轉(zhuǎn)子線圈造成了嚴(yán)重的質(zhì)量影響，最終出現(xiàn)轉(zhuǎn)子絕緣問題發(fā)生。工作人員對水輪發(fā)電機機組進(jìn)行全面檢測，對電纜絕緣破損情況以及金屬異物接地全面檢測，避免對轉(zhuǎn)子絕緣材料造成破壞，以此解決該問題。

3.6 集電環(huán)碳粉堆積

在發(fā)電廠集電環(huán)室中，水輪機組在運行的過程中，集電環(huán)會與電刷滑動之間相互接觸，從而導(dǎo)致勵磁電流會轉(zhuǎn)送到勵磁繞組當(dāng)中，集電環(huán)與電話之間滑動幅度不斷增加，那么二者之間的摩擦力也會逐漸增加，并會生成大量碳粉，在長時間環(huán)境下，會導(dǎo)致集電環(huán)以及刷架等堆積大量的碳粉，最終導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。在對該故障進(jìn)行分析的過程中，主要就是由于在發(fā)電機運行的過程中集電環(huán)絕緣支撐部位，與刷架絕緣支撐部位，存在大量的粉碳堆積情況，從而導(dǎo)致造成發(fā)電機運行溫度不斷增加，最終影響了轉(zhuǎn)子絕緣材料性能，造成轉(zhuǎn)子絕緣材料阻值降低[4]。

4 轉(zhuǎn)子絕緣故障處理分析

4.1 碳粉堆積原因分析

4.1.1 集電環(huán)絕緣

由于集電環(huán)支撐絕緣距離相對較短，整體支撐高度相對較低，形狀主要以凹型為主，但在實際運行的過程中，由于摩擦幅度相對較大，造成磨損的碳粉逐漸增加，造成碳粉堆積在凹型的絕緣支撐當(dāng)中，最終導(dǎo)致碳粉堆積逐漸增加，導(dǎo)致碳粉在集電環(huán)與表之間形成了通道，最終造成集電環(huán)絕緣電阻逐漸降低，導(dǎo)致發(fā)電機運行溫度增加，造成轉(zhuǎn)子絕緣性能降低，從而對發(fā)電機穩(wěn)定運行造成了嚴(yán)重影響。

4.1.2 集電環(huán)原因

在發(fā)電廠機組中，會在機組表面涂刷碳刷抹面，但部分機組碳刷抹面相對較為粗糙，甚至部分機組表面存在大量的溝槽，工作人員用手觸摸，可以感覺到機組表面有明顯的不平滑感覺，但一般情況下，機組表面所涂刷的抹面要保持鏡面平滑度，整體較為光滑，這也就說明了發(fā)電廠水輪機組在實際運行的過程中，存在集電環(huán)水平度，而且表面出現(xiàn)圓跳動阻值，集電環(huán)表面粗糙度相對較大，最終造成碳刷磨損程度增加造成碳粉增多。

4.2 處理措施

工作人員在實際檢修的過程中，如果發(fā)現(xiàn)集電環(huán)碳粉堆積相對較多的情況下，工作人員則需要做好清理工作，提高轉(zhuǎn)子絕緣材料阻值，不過該方式只能夠暫時解決轉(zhuǎn)子絕緣問題，無法有效解決，為此則需要做好以下處理工作，以此將該問題全面解決。

4.2.1 集電環(huán)改造

一是做好加工處理工作，在安裝集電環(huán)時，確保集電環(huán)在運行中，振動值達(dá)到實際標(biāo)準(zhǔn)要求。二是對集電環(huán)表面粗糙度加以控制，避免出現(xiàn)表面粗糙度嚴(yán)重，造成碳刷磨損程度增加，最終導(dǎo)致出現(xiàn)大量碳粉，以此降低集電環(huán)絕緣性能。三是在機組運行的過程中，集電環(huán)溝槽棱角部位很容易受到設(shè)備磨損情況，從而造成大量碳粉出現(xiàn)，為此可以量集電環(huán)溝槽制作成圓形。四是為了避免碳粉在飄落的過程中，集中在集電環(huán)之間的間隙，那么可以將集電環(huán)密封，使其保持在密封空間，并且集電環(huán)之間的間隙，需要利用擋風(fēng)板密封，從而促使碳粉飄落在擋風(fēng)板中。

4.2.2 刷架的改造

一是重新優(yōu)化布置刷握位置，將其安裝在吸塵口前端部位，或者遠(yuǎn)離吸塵口，增加吸塵口抽風(fēng)量，提高抽風(fēng)速度，促使將機組中所飄落的碳粉全部排出。二是增加吸風(fēng)口數(shù)量，并將吸風(fēng)口結(jié)構(gòu)加以轉(zhuǎn)變，制作成喇叭口，在增加風(fēng)量的同時，也能夠提高吸塵能力，有效收集碳粉（如圖1所示）。三是刷架。在刷架上端絕緣位置處，爬電距離相對較短，所以可以增加絕緣套，實施側(cè)面開溝槽方式，以此增加爬電距離。四是在集電環(huán)下導(dǎo)電環(huán)、上導(dǎo)電環(huán)未支出，安裝毛刷?；蛘甙惭b集塵擋板，對集電環(huán)密封的情況下，可以收集碳粉，防止碳粉出現(xiàn)飄落的情況。

圖1 吸風(fēng)口優(yōu)化對比

4.2.3 碳粉收集裝置及管路優(yōu)化

一是及時更換設(shè)備裝置。選擇功率大、質(zhì)量好的除塵風(fēng)機，同時將過濾袋更換為過濾桶，增加碳粉過濾面積，更好收集過濾粉。二是連接除塵器以及吸風(fēng)口，做好改建，優(yōu)化設(shè)備除塵效果。

4.3 處理效果

發(fā)電站機組發(fā)電機中，集電環(huán)在堆積大量的碳粉情況下，可以對其定期進(jìn)行清掃，以此提高轉(zhuǎn)子絕緣性能。同時利用以上相應(yīng)的處理方式，能夠有效減少發(fā)電機在運行過程中，所產(chǎn)生的碳粉量，有效增加了碳粉收集效果，解決了碳粉堆積問題，避免造成發(fā)電機運行溫度增加，影響轉(zhuǎn)子絕緣效果，有效減少了轉(zhuǎn)子絕緣故障。

5 結(jié)語

綜上所述，發(fā)電機機組在運行的過程中，要想保障發(fā)電機的穩(wěn)定性，則需要控制好轉(zhuǎn)子絕緣性能，避免轉(zhuǎn)子出現(xiàn)絕緣故障，造成發(fā)電機無法運行，最終導(dǎo)致發(fā)電站無法生產(chǎn)，造成經(jīng)濟虧損。為此做好發(fā)電機轉(zhuǎn)子故障分析工作，合理做好處理工作，以此保障發(fā)電子轉(zhuǎn)子絕緣性能，為發(fā)電站進(jìn)一步發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。