懸吊式發(fā)電機(jī)磁極接地處理工藝

吳良春，楊應(yīng)武

（阿壩水電開發(fā)有限公司，四川成都610041）

懸吊式發(fā)電機(jī)磁極接地處理工藝

吳良春，楊應(yīng)武

（阿壩水電開發(fā)有限公司，四川成都610041）

水輪發(fā)電機(jī)組投運(yùn)后轉(zhuǎn)子接地故障現(xiàn)象不能避免，如果故障點(diǎn)發(fā)生在磁極線圈上，則處理費(fèi)用大、工期長(zhǎng)。本文通過介紹某水電站1F機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極線圈發(fā)生接地后的排查和處理工藝，為懸吊式發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)此類故障找到新的處理工藝，不僅可以降低處理費(fèi)用，同時(shí)可以縮短處理工期。

懸吊式機(jī)組，磁極接地，工藝

1 前言

水電站水輪發(fā)電機(jī)隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極線圈絕緣老化或是其他原因造成轉(zhuǎn)子絕緣損壞的案例越來越多。對(duì)于懸吊式立式水輪發(fā)電機(jī)而言，如果能采取在機(jī)坑內(nèi)拔磁極的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)子絕緣故障處理，可以縮短故障處理工期，也能夠減少處理的費(fèi)用，提高機(jī)組的等效利用率。

本文通過闡述某水電站1F水輪發(fā)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后，進(jìn)行接地點(diǎn)排查和機(jī)坑內(nèi)拔磁極的處理工藝，從實(shí)踐證明了懸吊式機(jī)組在機(jī)坑內(nèi)拔磁極處理一點(diǎn)接地故障的工藝是可行的。

2 機(jī)組概況

某水電站1F水輪發(fā)電機(jī)組型號(hào)為SF50-24/6050，結(jié)構(gòu)采取懸吊式，設(shè)有上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承，上導(dǎo)軸承滑轉(zhuǎn)子設(shè)置在推力頭上，與推力軸承共用一個(gè)油槽。發(fā)電機(jī)上機(jī)架布置在定子基座上，支腿4個(gè)，轉(zhuǎn)子直徑為5 162 mm，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置使用武漢洪山電工科技有限公司的ZL-088勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，勵(lì)磁方式為自并激靜止可控硅勵(lì)磁，額定勵(lì)磁電流829 A，額定勵(lì)磁電壓246 V,電刷數(shù)量9對(duì)，空氣間隙為20 mm，磁極總高度為1 576 mm，磁極鍵為冷打鍵,機(jī)組額定轉(zhuǎn)速250 r/min。

3 接地點(diǎn)排查

3.1 引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地的主要原因

（1）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)直流回路中設(shè)備絕緣損壞引起的轉(zhuǎn)子接地故障；

（2）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)交流回路中設(shè)備絕緣損壞引起的轉(zhuǎn)子接地故障；

（3）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極線圈本體絕緣損壞引起的轉(zhuǎn)子接地故障。

3.2 某水電站1F水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障排查

轉(zhuǎn)子接地故障發(fā)生時(shí)，該機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行，監(jiān)控上位機(jī)報(bào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地動(dòng)作信號(hào)后，運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)柜界面顯示“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)低定值動(dòng)作、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)高定值動(dòng)作”并觀察集電環(huán)無異常。查看實(shí)時(shí)參數(shù)，顯示勵(lì)磁電壓為：278.13 V，接地電阻0.00 kΩ，接地點(diǎn)位置16.1。隨后，立即轉(zhuǎn)移負(fù)荷將機(jī)組解列停機(jī)。

維護(hù)人員對(duì)機(jī)組保護(hù)裝置、轉(zhuǎn)子引線、勵(lì)磁直流回路電纜、滑環(huán)、碳刷、穿心螺桿絕緣子、發(fā)電機(jī)保護(hù)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地回路、勵(lì)磁系統(tǒng)整流回路、勵(lì)磁變、接地碳刷、分別進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，情況如下：

（1）發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置檢查

1）檢查1F機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置，動(dòng)作報(bào)告顯示：轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地低定值動(dòng)作值0Ω，動(dòng)作延時(shí)為2002ms，接地點(diǎn)位置為16.1；轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地高定值動(dòng)作值0 Ω，動(dòng)作延時(shí)為6 002 ms，接地點(diǎn)位置為16.1。接地電阻為0.00 kΩ。

2）微機(jī)保護(hù)裝置采樣檢查：微機(jī)保護(hù)裝置轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)電壓采樣精度檢查（表1）。裝置電壓采樣誤差符合要求（±3%）。

表1 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地采樣精度檢查

3）保護(hù)邏輯檢查：輸入轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地高定值，19.9kΩ動(dòng)作，延時(shí)6 002 ms動(dòng)作，動(dòng)作正確；輸入轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地低定值，0.99 kΩ動(dòng)作，延時(shí)2 002 ms動(dòng)作，動(dòng)作正確。

表2 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地高定值檢查

表3 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地低定值檢查

4）保護(hù)動(dòng)作信號(hào)與LCU核對(duì)正確。

結(jié)論：保護(hù)裝置轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)檢查無異常。

（2）相關(guān)部件檢查

對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及勵(lì)磁直流電纜、滑環(huán)采用500 V絕緣搖表進(jìn)行絕緣測(cè)試，結(jié)果顯示絕緣電阻為0 Ω，初步判斷有接地故障。

用吸塵器、吹風(fēng)機(jī)、破布等對(duì)機(jī)組滑環(huán)、碳刷進(jìn)行徹底檢查、清掃后，轉(zhuǎn)子帶勵(lì)磁電纜、滑環(huán)采用500 V絕緣搖表進(jìn)行絕緣測(cè)試，結(jié)果顯示絕緣電阻仍為0 Ω。

將勵(lì)磁電纜與滑環(huán)分開，單獨(dú)對(duì)勵(lì)磁電纜進(jìn)行絕緣測(cè)試，結(jié)果顯示絕緣電阻為100 MΩ，勵(lì)磁電纜絕緣符合標(biāo)準(zhǔn)要求。勵(lì)磁電纜有破損接地的可能性被排除。

對(duì)滑環(huán)和轉(zhuǎn)子進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，結(jié)果顯示絕緣電阻為0 Ω。

經(jīng)過以上絕緣電阻試驗(yàn)、保護(hù)裝置試驗(yàn)綜合分析，初步判斷故障在滑環(huán)和轉(zhuǎn)子上的可能性較大。

將滑環(huán)和轉(zhuǎn)子的連接線分開后，分別對(duì)轉(zhuǎn)子和滑環(huán)進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，結(jié)果顯示滑環(huán)絕緣電阻為100 MΩ，轉(zhuǎn)子絕緣電阻為0 Ω。由此將滑環(huán)絕緣破損的可能性排除，進(jìn)一步的將故障點(diǎn)鎖定在轉(zhuǎn)子上。

拆除轉(zhuǎn)子引出線位置上擋風(fēng)板，進(jìn)入上擋風(fēng)板內(nèi)磁極安裝位置，逐個(gè)檢查磁極以及氣隙內(nèi)部情況，從目測(cè)檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯接地點(diǎn)和異常情況。

從轉(zhuǎn)子輪轂上將轉(zhuǎn)子引線拆除分?jǐn)啵缓筮M(jìn)行了絕緣測(cè)試，經(jīng)測(cè)試，從滑環(huán)至斷開位置銅排引線的電阻值為100 MΩ，因此，可以斷定接地故障在轉(zhuǎn)子磁極上。

（3）采用直流電壓和磁極對(duì)數(shù)正比法排查磁極。

圖1 直流電壓和磁極對(duì)數(shù)正比法排查原理圖

1）直流電阻測(cè)試儀測(cè)試（20 A）

總電壓V1=11.05 V，負(fù)極對(duì)地V2=0.463 V。磁極個(gè)數(shù)N=24個(gè)。

24/V1=X/V2,(X:為負(fù)極至接地點(diǎn)磁極個(gè)數(shù))，求得X=1.005個(gè)。

2）直流焊接測(cè)試（50 A）

總電壓V1=34.9 V，負(fù)極對(duì)地V2=3.93 V。磁極個(gè)數(shù)N=24個(gè)。

24/V1=X/V2,(X:為負(fù)極至接地點(diǎn)磁極個(gè)數(shù))，求得X=2.702個(gè)。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以得知接地點(diǎn)在距負(fù)極引出線1～3個(gè)磁極范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)磁極編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)。具體磁極方位需要將連接線拆除后再進(jìn)行下一步查找。

3.3 結(jié)論

本次“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”事件初步判斷為轉(zhuǎn)子負(fù)極引出線方向順時(shí)針1～3號(hào)磁極范圍內(nèi)出現(xiàn)接地現(xiàn)象，接地應(yīng)為磁極線圈與轉(zhuǎn)子鐵心接觸造成。檢修人員進(jìn)一步排查后確定為2號(hào)磁極負(fù)極引出線絕緣損壞與鐵心接觸引起接地故障。

4 磁極線圈接地處理工藝

4.1 處理方法選擇

轉(zhuǎn)子磁極線圈接地一般為線圈絕緣損壞或老化造成，接地點(diǎn)隱秘，故障處理必須要將磁極拔出，然后進(jìn)行絕緣修復(fù)處理。根據(jù)懸吊式機(jī)組結(jié)構(gòu)，拔磁極的傳統(tǒng)流程如圖2所示。

按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行處理，以及磁極線圈返廠修復(fù)，至少需要工期27 d左右，對(duì)機(jī)組恢復(fù)至運(yùn)行狀態(tài)比較滯后。因此，如何縮短處理工期，讓機(jī)組盡快恢復(fù)運(yùn)行，成為首要考慮的技術(shù)難題。

根據(jù)機(jī)組結(jié)構(gòu)和排查結(jié)論，可以確定采取機(jī)坑內(nèi)拔出磁極條件基本滿足：

（1）電氣試驗(yàn)人員能夠通過試驗(yàn)手段，確定接地磁極位置；

（2）根據(jù)上機(jī)架與轉(zhuǎn)子輪轂尺寸、空間范圍現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，確保磁極滿足從機(jī)坑內(nèi)直接拔出條件；

圖2 傳統(tǒng)處理工藝流程

（3）磁極鍵采用冷打鍵方式，沒有復(fù)雜工藝；

（4）磁極引線、磁極間連接線連接方式采用銅鉚釘配合錫焊進(jìn)行，滿足拆除、恢復(fù)的施工空間要求。

綜合上述分析，機(jī)組磁極線圈一點(diǎn)接地采取機(jī)坑內(nèi)拔磁極方式進(jìn)行處理。

4.2 處理程序

（1）利用手拉葫蘆旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，使磁極避開上機(jī)架支腿，并方便施工；

（2）測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，固定轉(zhuǎn)動(dòng)部分使轉(zhuǎn)動(dòng)部分不得產(chǎn)生位移；

（3）進(jìn)行拔磁極鍵工作；

（4）利用橋機(jī)和手拉葫蘆將磁極吊出機(jī)坑；

（5）進(jìn)行磁極稱重，記錄重量；

（6）進(jìn)行磁極檢查、處理、試驗(yàn)；

（7）處理后進(jìn)行再次稱重，記錄重量；

（8）吊入磁極，根據(jù)拆除前測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整后初打鍵；

（9）再次復(fù)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，包括高程、圓度、垂直度等控制數(shù)據(jù)，且應(yīng)滿足要求;

（10）進(jìn)行最后打鍵工作；

（11）進(jìn)行最后連線、絕緣工作；

（12）按照上述方法處理完成后進(jìn)行整體試驗(yàn)，滿足要求；

（13）按照磁極兩次重量，計(jì)算轉(zhuǎn)子配重塊重量及配重位置，根據(jù)配重計(jì)算結(jié)果焊接配重塊。

4.3 關(guān)鍵工藝控制

此工藝可以不拆除其他任何主設(shè)備部件，可以減少工程量，但對(duì)尺寸控制的要求更為嚴(yán)格。因此，處理磁極的直徑、安裝高程、磁極鍵緊度、重量的控制為處理工藝控制重點(diǎn)。具體方法如下：

（1）磁極的直徑。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到處理工位后，測(cè)量磁極空氣間隙，并記錄。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況在定子基座上焊接Q235鋼塊高度大于200 mm，利用重錘和內(nèi)徑千分尺測(cè)量2號(hào)磁極至鋼塊距離L，并進(jìn)行記錄。磁極回裝后按照上述方法測(cè)量空氣間隙及距離L，兩測(cè)量數(shù)據(jù)與拆除前應(yīng)一致。

（2）磁極高程。磁極的安裝高程由專門的磁極托塊固定，磁極托塊焊接在磁極鐵心T尾底部的下磁軛板上，拔磁極鍵前用塞尺檢查磁極鐵心與托塊的接觸面，0.02 mm塞尺不能塞入，可視間隙為0。

（3）磁極鍵緊度。將主鍵涂抹好鋰基脂后插入鍵槽內(nèi)，先用小錘均勻的敲緊后再用大錘按順序依次來回敲打，保證其緊度一致。磁極鍵按工藝分3次打緊，打緊后檢查主、副鍵組合縫之間的間隙，用0.02mm的塞尺檢查不能塞入，并用榔頭從側(cè)面左右敲擊主鍵，無松動(dòng)現(xiàn)象，說明鍵已打緊。

（4）磁極重量控制。磁極重量控制關(guān)系到機(jī)組靜平衡，因此，在進(jìn)行修復(fù)處理前連同附件一起對(duì)磁極進(jìn)行稱重，修復(fù)后連同附件一起再次稱重，兩次重量分別為：354.8 kg、354.95kg。磁極鍵均更換為新磁極鍵，打緊后，磁極副件預(yù)留長(zhǎng)度較拆除前分別長(zhǎng)32 mm、16 mm、-13 mm、8 mm。根據(jù)磁極鍵尺寸，總重量為0.068kg。總增加重量為0.218kg，基本視為無變化。

5 新工藝應(yīng)用效果

1F機(jī)組發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后，經(jīng)過專業(yè)排查，并采用了基坑內(nèi)拔磁極處理的新工藝，機(jī)組投運(yùn)后運(yùn)行工況良好，瓦溫、振動(dòng)均滿足要求。

單從處理工期分析，采用新工藝比常規(guī)處理的工期縮短了15 d，為機(jī)組提前投入運(yùn)行，提供了時(shí)間保障。從現(xiàn)場(chǎng)處理修復(fù)的費(fèi)用計(jì)算，新工藝比常規(guī)處理工藝節(jié)約約20萬元人民幣。

6 結(jié)束語

本文闡述了某水電站1F機(jī)組在出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后，采用了不吊轉(zhuǎn)子，直接在機(jī)坑內(nèi)拔轉(zhuǎn)子磁極的處理工藝，使得故障點(diǎn)得到快速排除，機(jī)組提前投入運(yùn)行，其效果明顯，質(zhì)量滿足要求。經(jīng)過本次嘗試，從根本上驗(yàn)證了此類型水輪發(fā)電機(jī)在不拆除其他部件的條件下，直接在機(jī)坑內(nèi)進(jìn)行處理的工藝是可行的，值得同行借鑒。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T8564-2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[2]陳文添.水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的分析與查找[J].廣西電力，2005,28(3):26-29.

[3]蔡煒.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障原因及解決措施[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(8):111-112.

TM312

B

1672-5387（2017）04-0060-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.04.018

2016-11-30

吳良春（1964-），男，工程師，從事流域梯級(jí)水電站生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。