發電機轉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公司錦屏水力發電廠，四川 西昌615000)

發電機轉子絕緣持續降低時可導致轉子接地保護動作停機，嚴重威脅機組的安全穩定運行。為此，對發電機轉子絕緣降低原因進行分析，提出相應的預控措施，有著重要的意義[1]。對國內其他電站發電機轉子絕緣降低的案例進行分析總結，本文揭示了轉子絕緣降低的一般規律，并結合錦東電廠機組轉子絕緣降低案例進行了分析，提出了具體的防控措施。

1發電機轉子絕緣降低常見原因及處置措施

通過對國內水電站發電機轉子絕緣降低的具體案例進行分類總結，可知導致機組絕緣降低的常見原因如下：

1)發電機轉子受潮造成絕緣電阻降低。如發電機停運時間較長，環境潮濕等原因造成絕緣阻值降低[2]。

2)集電環室滑環與碳刷摩擦產生碳粉較多，在集電環支架絕緣支撐套管處形成碳粉堆積，造成滑環爬電至滑環支撐(接地)引起發電機轉子絕緣降低。

3)發電機空冷器、大軸補氣管道的閥門、管道漏水(或冷凝水)進入轉子中使絕子絕緣降低。

4)發電機軸承冷卻系統密封不嚴或因其軸瓦漏油使轉子線圈端部積油污、導電性粉塵，造成絕緣性能降低[2]。

5)轉子因使用年限較長或運行中轉子過熱造成線圈絕緣材料老化，槽內絕緣破損等原因，導致轉子絕緣電阻過低或接地[3]。

針對上述原因，可提出相應的處理措施，具體如下：

1)在發電機組處于冷備用期間，冷備用時間達到10 d時，將發電機組由冷備用狀態轉至空載態，空載運行1 h左右。空載過程中利用機組產生的熱量對轉子各部位進行加熱，可以有效的去潮。

2)集電環內碳粉堆積過多時，可以對滑環處堆積的碳粉進行定期清理，或采取其他有效除塵措施來消除碳粉堆積[3]。

3)發電機運行過程中加強對發電機風洞內巡檢(尤其汛期)，發現風洞內有積水或者漏水及時進行處理。

4)在檢修期間對發電機各導軸承冷卻系統密性進行檢查，確保各導軸承冷卻系統可靠封閉。

5)在機組年度計劃檢修中檢查發電機轉子槽內絕緣情況，及時處理絕緣層老化、異常等問題[4]。

2某水電站水輪發電機組轉子絕緣降低分析與處置

某水電站在巡檢中發現#1發電機轉子接地保護裝置上轉子絕緣值在175～220 kΩ之間變化(正常為300 kΩ，報警值為10 kΩ)，接地參考位置α在20%～25%之間變化(正常為50%)。 數日后，發現1號發電機轉子持續降低，平均每日降低7 kΩ。采取增加碳粉收集裝置的臨時措施后，1號機轉子絕緣值下降趨勢減緩。經過分析，確認發電機集電環室內集電環支架絕緣支撐套管處碳粉堆積過多，造成滑環爬電至滑環支撐(接地)引起發電機轉子絕緣降低。

在機組運行時，因集電環室中碳刷和滑環存在接觸, 碳刷與滑環之間摩擦而形成碳粉, 長時間就容易聚集大量的碳粉, 并且研磨出來的碳粉質地極其細膩, 會粘附在集電環支架絕緣支撐套管處形成碳粉堆積。由上述工作原理可知，摩擦產生碳粉雖說不可避免，但在碳粉收集裝置的作用下，其堆積量不應過多。為此，導致碳粉堆積現象，可從摩擦產生碳粉多、收集不利兩方面著手進一步分析。

2.1集電環內碳粉產生過多的原因及處理措施

1)電刷和集電環之間電刷材質過硬，集電環磨損嚴重；電刷材質過軟，電刷磨損嚴重就會產生碳粉過多情況；因此電刷和集電環之間需要進行選型磨合。

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

3)電刷與集電環的接觸靠彈簧壓力決定的，彈簧壓力過大，會使電刷的機械磨損增大，碳粉增多；彈簧壓力過小，雖然電刷與集電環間摩擦力減小，但電刷與集電環接觸不良，電氣磨損將增大且容易產生火花，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，在運行過程中就會有輕微振動。刷架的振動會影響到電刷在刷握里面的振動，也會加劇電刷的磨損；為避免此種情況的發生就需保證刷架固定可靠[5]。

2.2集電環內碳粉堆積的原因及處理措施

機組運行過程中，碳刷與滑環摩擦會產生細小的碳粉。碳粉大量堆積會導致集電環正、負極短路，轉子絕緣降低危害發電機組的安全運行[2]。因此，有效的收集發電機組運行中產生的碳粉尤為重要。碳粉除塵系統主要由吸塵罩、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系統的核心部件，它的效率直接影響整個除塵系統的效率。

1)集電環粉塵收集裝置由吸塵器、吸塵罩、管路組成。其中吸塵器的風量、風壓是十分重要的參數，選擇合適的風量和風壓，可以達到最佳的吸塵效果；另外吸塵罩和管路也應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。

圖1集電環結構

3)碳粉收集裝置管路布局不合理，導致其不能有效收集碳粉；對碳粉收集裝置管路布局進行改進。可采用均勻對稱增加吸塵口數量，提升收集效能。

4)碳粉收集裝置數量不夠，當產生碳粉較多時導致收集效果不佳；可采取增加碳粉收集裝置的數量，提升吸風量，強化集粉效果。

5)碳粉收集裝置功率降低，導致其收集粉塵時風力不夠，不能夠將粉塵吸收完全。為此，可選擇風機功率更大、收集效果更好的碳粉收集裝置。

6)集電環碳粉定期清掃周期偏長，導致碳粉累積過多。因此，宜縮短定期清掃周期，如在除檢修期外，擇機對集電環內堆積的碳粉及時進行清理。

3結語

經過發電機轉子絕緣降低的原因分析，并有針對性的采取相應措施可以有效的降低發電機轉子絕緣降低現象發生。確保了水電站水輪發電機組長周期安全、穩定運行。