水輪發電機轉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)

?

水輪發電機轉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，說明發電機轉子大修、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，從而降低轉子絕緣，造成設備使用壽命縮短的問題，確保了發電機組長周期安全、穩定運行。

水輪發電機；轉子絕緣；故障分析；處理方法

1 設備概況

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

2 故障現象

2014年3月15日，小牛頸電站1號機組運行過程中，機組保護裝置報“轉子一點接地故障”信號，停機后檢查1號機組轉子回路絕緣為零，經檢修人員首先對集電環、刷架、勵磁回路電纜絕緣進行檢查，均未發現問題，但連接轉子后檢測絕緣仍為零，后進一步對轉子磁極進行反復檢查清掃，轉子絕緣回升至0.2 MΩ且為最高值，機組暫恢復運行。小牛頸2號機組在2014年4月9日出現同樣故障。且小牛頸電站自2008年1月投運以來，曾多次發生轉子一點接地故障(故障發生時間見表1)，嚴重威脅機組安全穩定運行，增加了機組強迫停機次數，加大了設備檢修維護強度。通過對轉子結構及故障原因進行分析，查找故障產生的原因。

表1 故障發生時間

3 故障原因分析

通過對轉子磁極及勵磁回路檢查表明，并根據故障現象分析，一是受當時設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構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。二是在發電機旋轉產生的循環風作用下，發電機碳刷與滑環運行產生的碳粉和推力油槽的少量滲漏油容易通過轉子軸心孔進入磁極表面，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“半導體”特性的介質，加上水電站空氣濕度較大，機組停運一段時間后，轉子絕緣性能就會下降，甚至沒有絕緣功能，極大地威脅機組運行安全。

4 處理經過及方法

由于以出現上現象，在2014年11月至2015年2月期間，先后對小牛頸電站1、2號機組進行轉子大修，在解體過程中發現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“半導體”特性的介質(見圖2)，解體磁極與磁極線圈時發現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“半導體”特性的介質形成了導電通道，從而使磁極鐵芯對磁軛放電是導致轉子一點接地故障的主要原因。通過對轉子磁極及線圈、磁軛、極身絕緣解體檢查表明，一是受當時設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)。二是在發電機旋轉產生的循環風作用下，發電機碳刷與滑環運行產生的碳粉和推力油槽的少量滲漏油容易通過轉子軸心孔進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，并更換轉子引線電纜，轉子磁極解體大修，進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絕緣復合紙、5440-1 F級粉云母帶、醇酸晾干漆、紅磁漆進行密封(見圖6)。磁極絕緣處理后測量轉子回路絕緣達到500兆歐以上。轉子大修雖處理了轉子極身絕緣，但未徹底解決根本問題。為了避免類似故障再次發生，防止油霧和碳粉混合物再次通過主軸軸心孔進入轉子磁極和勵磁回路電纜表面，在發電機主軸軸心孔上端采用四個絕緣墊塊支撐起轉子引線，然后采用絕緣材料板將發電機主軸軸心孔進行封堵密封，并利用絕緣墊塊為支撐，在絕緣墊塊外使用絕緣材料進行二次纏繞密封，徹底切斷了發電機在旋轉產生的循環風作用下，發電機碳刷與滑環運行產生的碳粉和推力油槽的少量滲漏油通過轉子軸心孔進入轉子磁極的通道。實踐證明，此轉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入轉子磁極和勵磁回路電纜表面，從而保護轉子絕緣，保證了發電機組長周期安全、穩定運行。

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 語

經過發電機轉子磁極大修、軸心孔封堵后，發電機組經過一個汛期的運行，機組再未出現轉子接地故障信號，在汛期結束后分別對1、2號發電機組轉子磁極和勵磁回路電纜進行試驗檢查，轉子磁極及勵磁回路電纜未發現附著有油污和碳粉混合物，測量轉子絕緣仍達500兆歐以上，絕緣值未見下降。通過理論與實際證明，說明發電機轉子大修、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，從而降低轉子絕緣，造成設備使用壽命縮短的問題，確保了發電機組長周期安全、穩定運行。

參考資料：

[1] 朱躍亮.水輪發電機轉子絕緣下降原因分析及處理[J].華電技術，2010(10)

[2] 孟利平，張秀平，賈玉峰.水輪發電機轉子絕緣降低原因分析及處理[J]..水電站機電技術，2012(03).

張 杰(1985-) ，男，四川都江堰人，畢業于四川電力職業技術學院電力系統自動化專業，技師，從事水電生產安全運行及設備管理工作；

趙菊花(1982-)，女，四川都江堰人，畢業于四川電力職業技術學院電子技術專業，技師，從事水電生產安全運行調度工作.

(責任編輯：卓政昌)

2016-10-20

TM312；U284.25；U472.42

B

1001-2184(2016)06-0121-03