懸吊式發電機磁極接地處理工藝

吳良春，楊應武

（阿壩水電開發有限公司，四川成都610041）

懸吊式發電機磁極接地處理工藝

吳良春，楊應武

（阿壩水電開發有限公司，四川成都610041）

水輪發電機組投運后轉子接地故障現象不能避免，如果故障點發生在磁極線圈上，則處理費用大、工期長。本文通過介紹某水電站1F機組轉子磁極線圈發生接地后的排查和處理工藝，為懸吊式發電機組出現此類故障找到新的處理工藝，不僅可以降低處理費用，同時可以縮短處理工期。

懸吊式機組，磁極接地，工藝

1 前言

水電站水輪發電機隨著運行時間的增加，發電機組轉子磁極線圈絕緣老化或是其他原因造成轉子絕緣損壞的案例越來越多。對于懸吊式立式水輪發電機而言，如果能采取在機坑內拔磁極的方式進行轉子絕緣故障處理，可以縮短故障處理工期，也能夠減少處理的費用，提高機組的等效利用率。

本文通過闡述某水電站1F水輪發電機發生轉子一點接地后，進行接地點排查和機坑內拔磁極的處理工藝，從實踐證明了懸吊式機組在機坑內拔磁極處理一點接地故障的工藝是可行的。

2 機組概況

某水電站1F水輪發電機組型號為SF50-24/6050，結構采取懸吊式，設有上導、下導軸承，上導軸承滑轉子設置在推力頭上，與推力軸承共用一個油槽。發電機上機架布置在定子基座上，支腿4個，轉子直徑為5 162 mm，勵磁調節裝置使用武漢洪山電工科技有限公司的ZL-088勵磁調節裝置，勵磁方式為自并激靜止可控硅勵磁，額定勵磁電流829 A，額定勵磁電壓246 V,電刷數量9對，空氣間隙為20 mm，磁極總高度為1 576 mm，磁極鍵為冷打鍵,機組額定轉速250 r/min。

3 接地點排查

3.1 引起發電機轉子接地的主要原因

（1）發電機勵磁系統直流回路中設備絕緣損壞引起的轉子接地故障；

（2）發電機勵磁系統交流回路中設備絕緣損壞引起的轉子接地故障；

（3）發電機轉子磁極線圈本體絕緣損壞引起的轉子接地故障。

3.2 某水電站1F水輪發電機轉子接地故障排查

轉子接地故障發生時，該機組帶負荷運行，監控上位機報發電機轉子接地動作信號后，運行人員現場檢查發現機組發電機保護柜界面顯示“轉子一點低定值動作、轉子一點高定值動作”并觀察集電環無異常。查看實時參數，顯示勵磁電壓為：278.13 V，接地電阻0.00 kΩ，接地點位置16.1。隨后，立即轉移負荷將機組解列停機。

維護人員對機組保護裝置、轉子引線、勵磁直流回路電纜、滑環、碳刷、穿心螺桿絕緣子、發電機保護轉子一點接地回路、勵磁系統整流回路、勵磁變、接地碳刷、分別進行了檢查，未發現異常，情況如下：

（1）發電機保護裝置檢查

1）檢查1F機組發電機保護裝置，動作報告顯示：轉子一點接地低定值動作值0Ω，動作延時為2002ms，接地點位置為16.1；轉子一點接地高定值動作值0 Ω，動作延時為6 002 ms，接地點位置為16.1。接地電阻為0.00 kΩ。

2）微機保護裝置采樣檢查：微機保護裝置轉子一點接地保護電壓采樣精度檢查（表1）。裝置電壓采樣誤差符合要求（±3%）。

表1 轉子一點接地采樣精度檢查

3）保護邏輯檢查：輸入轉子一點接地高定值，19.9kΩ動作，延時6 002 ms動作，動作正確；輸入轉子一點接地低定值，0.99 kΩ動作，延時2 002 ms動作，動作正確。

表2 轉子一點接地高定值檢查

表3 轉子一點接地低定值檢查

4）保護動作信號與LCU核對正確。

結論：保護裝置轉子一點接地保護檢查無異常。

（2）相關部件檢查

對發電機轉子及勵磁直流電纜、滑環采用500 V絕緣搖表進行絕緣測試，結果顯示絕緣電阻為0 Ω，初步判斷有接地故障。

用吸塵器、吹風機、破布等對機組滑環、碳刷進行徹底檢查、清掃后，轉子帶勵磁電纜、滑環采用500 V絕緣搖表進行絕緣測試，結果顯示絕緣電阻仍為0 Ω。

將勵磁電纜與滑環分開，單獨對勵磁電纜進行絕緣測試，結果顯示絕緣電阻為100 MΩ，勵磁電纜絕緣符合標準要求。勵磁電纜有破損接地的可能性被排除。

對滑環和轉子進行絕緣電阻測試，結果顯示絕緣電阻為0 Ω。

經過以上絕緣電阻試驗、保護裝置試驗綜合分析，初步判斷故障在滑環和轉子上的可能性較大。

將滑環和轉子的連接線分開后，分別對轉子和滑環進行絕緣電阻測試，結果顯示滑環絕緣電阻為100 MΩ，轉子絕緣電阻為0 Ω。由此將滑環絕緣破損的可能性排除，進一步的將故障點鎖定在轉子上。

拆除轉子引出線位置上擋風板，進入上擋風板內磁極安裝位置，逐個檢查磁極以及氣隙內部情況，從目測檢查，未發現明顯接地點和異常情況。

從轉子輪轂上將轉子引線拆除分斷，然后進行了絕緣測試，經測試，從滑環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子磁極上。

（3）采用直流電壓和磁極對數正比法排查磁極。

圖1 直流電壓和磁極對數正比法排查原理圖

1）直流電阻測試儀測試（20 A）

總電壓V1=11.05 V，負極對地V2=0.463 V。磁極個數N=24個。

24/V1=X/V2,(X:為負極至接地點磁極個數)，求得X=1.005個。

2）直流焊接測試（50 A）

總電壓V1=34.9 V，負極對地V2=3.93 V。磁極個數N=24個。

24/V1=X/V2,(X:為負極至接地點磁極個數)，求得X=2.702個。

根據上述數據可以得知接地點在距負極引出線1～3個磁極范圍內，對應磁極編號為1號、2號、3號。具體磁極方位需要將連接線拆除后再進行下一步查找。

3.3 結論

本次“轉子一點接地”事件初步判斷為轉子負極引出線方向順時針1～3號磁極范圍內出現接地現象，接地應為磁極線圈與轉子鐵心接觸造成。檢修人員進一步排查后確定為2號磁極負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

轉子磁極線圈接地一般為線圈絕緣損壞或老化造成，接地點隱秘，故障處理必須要將磁極拔出，然后進行絕緣修復處理。根據懸吊式機組結構，拔磁極的傳統流程如圖2所示。

按照傳統方式進行處理，以及磁極線圈返廠修復，至少需要工期27 d左右，對機組恢復至運行狀態比較滯后。因此，如何縮短處理工期，讓機組盡快恢復運行，成為首要考慮的技術難題。

根據機組結構和排查結論，可以確定采取機坑內拔出磁極條件基本滿足：

（1）電氣試驗人員能夠通過試驗手段，確定接地磁極位置；

（2）根據上機架與轉子輪轂尺寸、空間范圍現場勘測，確保磁極滿足從機坑內直接拔出條件；

圖2 傳統處理工藝流程

（3）磁極鍵采用冷打鍵方式，沒有復雜工藝；

（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行，滿足拆除、恢復的施工空間要求。

綜合上述分析，機組磁極線圈一點接地采取機坑內拔磁極方式進行處理。

4.2 處理程序

（1）利用手拉葫蘆旋轉轉子，使磁極避開上機架支腿，并方便施工；

（2）測量相關數據，固定轉動部分使轉動部分不得產生位移；

（3）進行拔磁極鍵工作；

（4）利用橋機和手拉葫蘆將磁極吊出機坑；

（5）進行磁極稱重，記錄重量；

（6）進行磁極檢查、處理、試驗；

（7）處理后進行再次稱重，記錄重量；

（8）吊入磁極，根據拆除前測量數據進行調整后初打鍵；

（9）再次復測相關數據，包括高程、圓度、垂直度等控制數據，且應滿足要求;

（10）進行最后打鍵工作；

（11）進行最后連線、絕緣工作；

（12）按照上述方法處理完成后進行整體試驗，滿足要求；

（13）按照磁極兩次重量，計算轉子配重塊重量及配重位置，根據配重計算結果焊接配重塊。

4.3 關鍵工藝控制

此工藝可以不拆除其他任何主設備部件，可以減少工程量，但對尺寸控制的要求更為嚴格。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。具體方法如下：

（1）磁極的直徑。在轉子轉到處理工位后，測量磁極空氣間隙，并記錄。根據現場情況在定子基座上焊接Q235鋼塊高度大于200 mm，利用重錘和內徑千分尺測量2號磁極至鋼塊距離L，并進行記錄。磁極回裝后按照上述方法測量空氣間隙及距離L，兩測量數據與拆除前應一致。

（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，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，并用榔頭從側面左右敲擊主鍵，無松動現象，說明鍵已打緊。

（4）磁極重量控制。磁極重量控制關系到機組靜平衡，因此，在進行修復處理前連同附件一起對磁極進行稱重，修復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，磁極副件預留長度較拆除前分別長32 mm、16 mm、-13 mm、8 mm。根據磁極鍵尺寸，總重量為0.068kg。總增加重量為0.218kg，基本視為無變化。

5 新工藝應用效果

1F機組發生轉子一點接地后，經過專業排查，并采用了基坑內拔磁極處理的新工藝，機組投運后運行工況良好，瓦溫、振動均滿足要求。

單從處理工期分析，采用新工藝比常規處理的工期縮短了15 d，為機組提前投入運行，提供了時間保障。從現場處理修復的費用計算，新工藝比常規處理工藝節約約20萬元人民幣。

6 結束語

本文闡述了某水電站1F機組在出現轉子一點接地后，采用了不吊轉子，直接在機坑內拔轉子磁極的處理工藝，使得故障點得到快速排除，機組提前投入運行，其效果明顯，質量滿足要求。經過本次嘗試，從根本上驗證了此類型水輪發電機在不拆除其他部件的條件下，直接在機坑內進行處理的工藝是可行的，值得同行借鑒。

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T8564-2003水輪發電機組安裝技術規范[S].北京：中國標準出版社.

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

[3]蔡煒.水輪發電機轉子絕緣故障原因及解決措施[J].中國新技術新產品,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，從事流域梯級水電站生產技術與管理工作。