發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低原因分析及處理措施

尹永利，周小建，郭紅偉，李泉，李斌

(雅礱江流域水電開發(fā)公司錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌615000)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣持續(xù)降低時(shí)可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作停機(jī)，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低原因進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的預(yù)控措施，有著重要的意義[1]。對(duì)國(guó)內(nèi)其他電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低的案例進(jìn)行分析總結(jié)，本文揭示了轉(zhuǎn)子絕緣降低的一般規(guī)律，并結(jié)合錦東電廠機(jī)組轉(zhuǎn)子絕緣降低案例進(jìn)行了分析，提出了具體的防控措施。

1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低常見(jiàn)原因及處置措施

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)水電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低的具體案例進(jìn)行分類總結(jié)，可知導(dǎo)致機(jī)組絕緣降低的常見(jiàn)原因如下：

1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受潮造成絕緣電阻降低。如發(fā)電機(jī)停運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)，環(huán)境潮濕等原因造成絕緣阻值降低[2]。

2)集電環(huán)室滑環(huán)與碳刷摩擦產(chǎn)生碳粉較多，在集電環(huán)支架絕緣支撐套管處形成碳粉堆積，造成滑環(huán)爬電至滑環(huán)支撐(接地)引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低。

3)發(fā)電機(jī)空冷器、大軸補(bǔ)氣管道的閥門、管道漏水(或冷凝水)進(jìn)入轉(zhuǎn)子中使絕子絕緣降低。

4)發(fā)電機(jī)軸承冷卻系統(tǒng)密封不嚴(yán)或因其軸瓦漏油使轉(zhuǎn)子線圈端部積油污、導(dǎo)電性粉塵，造成絕緣性能降低[2]。

5)轉(zhuǎn)子因使用年限較長(zhǎng)或運(yùn)行中轉(zhuǎn)子過(guò)熱造成線圈絕緣材料老化，槽內(nèi)絕緣破損等原因，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子絕緣電阻過(guò)低或接地[3]。

針對(duì)上述原因，可提出相應(yīng)的處理措施，具體如下：

1)在發(fā)電機(jī)組處于冷備用期間，冷備用時(shí)間達(dá)到10 d時(shí)，將發(fā)電機(jī)組由冷備用狀態(tài)轉(zhuǎn)至空載態(tài)，空載運(yùn)行1 h左右。空載過(guò)程中利用機(jī)組產(chǎn)生的熱量對(duì)轉(zhuǎn)子各部位進(jìn)行加熱，可以有效的去潮。

2)集電環(huán)內(nèi)碳粉堆積過(guò)多時(shí)，可以對(duì)滑環(huán)處堆積的碳粉進(jìn)行定期清理，或采取其他有效除塵措施來(lái)消除碳粉堆積[3]。

3)發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)巡檢(尤其汛期)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)洞內(nèi)有積水或者漏水及時(shí)進(jìn)行處理。

4)在檢修期間對(duì)發(fā)電機(jī)各導(dǎo)軸承冷卻系統(tǒng)密性進(jìn)行檢查，確保各導(dǎo)軸承冷卻系統(tǒng)可靠封閉。

5)在機(jī)組年度計(jì)劃?rùn)z修中檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽內(nèi)絕緣情況，及時(shí)處理絕緣層老化、異常等問(wèn)題[4]。

2某水電站水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子絕緣降低分析與處置

某水電站在巡檢中發(fā)現(xiàn)#1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置上轉(zhuǎn)子絕緣值在175～220 kΩ之間變化(正常為300 kΩ，報(bào)警值為10 kΩ)，接地參考位置α在20%～25%之間變化(正常為50%)。 數(shù)日后，發(fā)現(xiàn)1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子持續(xù)降低，平均每日降低7 kΩ。采取增加碳粉收集裝置的臨時(shí)措施后，1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣值下降趨勢(shì)減緩。經(jīng)過(guò)分析，確認(rèn)發(fā)電機(jī)集電環(huán)室內(nèi)集電環(huán)支架絕緣支撐套管處碳粉堆積過(guò)多，造成滑環(huán)爬電至滑環(huán)支撐(接地)引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低。

在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，因集電環(huán)室中碳刷和滑環(huán)存在接觸, 碳刷與滑環(huán)之間摩擦而形成碳粉, 長(zhǎng)時(shí)間就容易聚集大量的碳粉, 并且研磨出來(lái)的碳粉質(zhì)地極其細(xì)膩, 會(huì)粘附在集電環(huán)支架絕緣支撐套管處形成碳粉堆積。由上述工作原理可知，摩擦產(chǎn)生碳粉雖說(shuō)不可避免，但在碳粉收集裝置的作用下，其堆積量不應(yīng)過(guò)多。為此，導(dǎo)致碳粉堆積現(xiàn)象，可從摩擦產(chǎn)生碳粉多、收集不利兩方面著手進(jìn)一步分析。

2.1集電環(huán)內(nèi)碳粉產(chǎn)生過(guò)多的原因及處理措施

1)電刷和集電環(huán)之間電刷材質(zhì)過(guò)硬，集電環(huán)磨損嚴(yán)重；電刷材質(zhì)過(guò)軟，電刷磨損嚴(yán)重就會(huì)產(chǎn)生碳粉過(guò)多情況；因此電刷和集電環(huán)之間需要進(jìn)行選型磨合。

2)集電環(huán)表面粗糙度越大，摩擦系數(shù)越大，電刷磨損率越高，磨損就越大進(jìn)而產(chǎn)生碳粉也增加。為此檢修期對(duì)集電環(huán)表面進(jìn)行重新拋光去除毛刺，提高其表面光滑度可以減少碳粉產(chǎn)生。

3)電刷與集電環(huán)的接觸靠彈簧壓力決定的，彈簧壓力過(guò)大，會(huì)使電刷的機(jī)械磨損增大，碳粉增多；彈簧壓力過(guò)小，雖然電刷與集電環(huán)間摩擦力減小，但電刷與集電環(huán)接觸不良，電氣磨損將增大且容易產(chǎn)生火花，因此需要選擇合適的彈簧壓力。

4)刷握固定在刷架上，如果刷架固定不牢靠，在運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)有輕微振動(dòng)。刷架的振動(dòng)會(huì)影響到電刷在刷握里面的振動(dòng)，也會(huì)加劇電刷的磨損；為避免此種情況的發(fā)生就需保證刷架固定可靠[5]。

2.2集電環(huán)內(nèi)碳粉堆積的原因及處理措施

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，碳刷與滑環(huán)摩擦?xí)a(chǎn)生細(xì)小的碳粉。碳粉大量堆積會(huì)導(dǎo)致集電環(huán)正、負(fù)極短路，轉(zhuǎn)子絕緣降低危害發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行[2]。因此，有效的收集發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生的碳粉尤為重要。碳粉除塵系統(tǒng)主要由吸塵罩、碳粉傳輸管道以及碳粉吸收裝置組成，而碳粉吸收裝置是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，它的效率直接影響整個(gè)除塵系統(tǒng)的效率。

1)集電環(huán)粉塵收集裝置由吸塵器、吸塵罩、管路組成。其中吸塵器的風(fēng)量、風(fēng)壓是十分重要的參數(shù)，選擇合適的風(fēng)量和風(fēng)壓，可以達(dá)到最佳的吸塵效果；另外吸塵罩和管路也應(yīng)具有一定的密封效果，減小粉塵逸出。

2)刷架上集塵罩密封性差，造成碳粉收集效率低；某水電站目前使用的是可帶電拆卸碳刷，碳刷與集塵罩上的視孔玻璃有一定的間隙，造成集塵罩密封性較低，如圖1所示。因此在間隙處增加密封，使刷握與集塵罩的密閉性能增強(qiáng)。

圖1集電環(huán)結(jié)構(gòu)

3)碳粉收集裝置管路布局不合理，導(dǎo)致其不能有效收集碳粉；對(duì)碳粉收集裝置管路布局進(jìn)行改進(jìn)。可采用均勻?qū)ΨQ增加吸塵口數(shù)量，提升收集效能。

4)碳粉收集裝置數(shù)量不夠，當(dāng)產(chǎn)生碳粉較多時(shí)導(dǎo)致收集效果不佳；可采取增加碳粉收集裝置的數(shù)量，提升吸風(fēng)量，強(qiáng)化集粉效果。

5)碳粉收集裝置功率降低，導(dǎo)致其收集粉塵時(shí)風(fēng)力不夠，不能夠?qū)⒎蹓m吸收完全。為此，可選擇風(fēng)機(jī)功率更大、收集效果更好的碳粉收集裝置。

6)集電環(huán)碳粉定期清掃周期偏長(zhǎng)，導(dǎo)致碳粉累積過(guò)多。因此，宜縮短定期清掃周期，如在除檢修期外，擇機(jī)對(duì)集電環(huán)內(nèi)堆積的碳粉及時(shí)進(jìn)行清理。

3結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低的原因分析，并有針對(duì)性的采取相應(yīng)措施可以有效的降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低現(xiàn)象發(fā)生。確保了水電站水輪發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)周期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。