大源渡電站2號機組轉子絕緣低故障原因分析及處理

孟自強，孫小兵

（湖南省大源渡電廠，湖南 衡東421412）

1 設備情況概述

大源渡水電站位于湖南省衡東縣境內湘江干流上，上距衡陽市62km。電站安裝4臺由安德里茨公司制造的燈泡貫流式水輪發電機組，單機容量30MW，首臺機組于1998年12月并網發電。發電機機端電壓等級為10.5kV，轉子絕緣等級為F級，發電機中性點采用不接地方式。發電機勵磁采用并勵方式，通過1臺連接在10.5kV母線的三相雙繞組轉換變壓器為勵磁系統提供勵磁電源，同時配置有直流起勵電源作為備用（勵磁原理圖見圖1）。

圖1 勵磁原理圖

大源渡水電站機組保護采用南瑞保護裝置，于2017年投入運行，在機組后備保護PCS-985RS裝置中配置有轉子一點接地保護，用于反映發電機轉子對地絕緣電阻的下降，保護報警定值為20kΩ。

2 故障情況概述

2018年2月9 日中班上位機頻發“2號機組保護系統告警”、“2號機組轉子接地故障64FT”、“轉子一點接地靈敏信號（2號機組PCS-985RS備）”、“裝置告警（2號機組PCS-985RS備）”黃色報警信號。停機進行滑環碳粉清掃后，轉子絕緣上升至1000kΩ。

2018年3月29 日早班上位機再次發“2號機組保護系統告警”、“2號機組轉子接地故障64FT”、“轉子一點接地靈敏信號（2號機組PCS-985RS備）”、“裝置告警（2號機組PCS-985RS備）”黃色報警信號，均瞬間復歸。隨即安排進行滑環碳粉清掃，轉子絕緣上升至300kΩ。

為保證機組在2019年檢修前正常運行，防止再次出現轉子一點接地故障，在3臺機運行保證不棄水的情況下盡量停2號機；同時維護部加強了對2號機轉子絕緣的監測并及時安排對滑環進行清掃，保證保護裝置內轉子接地電阻測量值不低于50kΩ，自2018年1月檢修投產以來2號機全年共進行了12次清掃。

3 轉子接地保護工作原理

轉子接地保護采用切換采樣原理（乒乓式），工作原理圖見圖2。

圖2 轉子接地保護原理圖

接地點k相對位置α（以百分比表示，負端為0%，正端為100%），Ue為勵磁電壓，U1為轉子正極與k點之間的電壓，U2為k點與轉子負極之間的電壓，轉子絕緣電阻為Rtr，R0是保護裝置中的固定電阻，設電壓表串聯的電阻很大，通過電壓表的電流可以忽略不計，電流表的內阻也可忽略不計。S1、S2為電子切換開關。

當S1接通、S2斷開時

當S2接通、S1斷開時

其中：

以Ue為參考，設G1和G2為兩個電導，定義為

因S1、S2切換前后接地點k為同一點，故

設定當絕緣電阻Rtr降低到定值Rset以下時保護動作（對應的電導定值

可通過測量I1、I2算出，則保護的動作判據為

4 故障原因檢查分析及處理

4.1 故障原因檢查分析

經檢查分析系2號機風洞內漏油嚴重，機組運行時油在高溫下霧化，經轉子電纜孔進入滑環內，同時轉子電纜與滑環連接處絕緣存在破損，在轉子電纜與滑環連接螺栓處油霧與碳粉結合粘在轉子電纜和滑環上，引起滑環穿心螺桿與滑環間以及轉子電纜對地的絕緣下降（圖3），當保護裝置內轉子接地電阻測量值低于20kΩ時，機組轉子接地故障報警。

圖3 現場圖

近年來檢修時發現發電機風洞內甩油和油霧情況越來越嚴重，為改善風洞運行環境，通過研究發現，原裝組合軸承端蓋的梳齒式結構因設計缺陷，在運行過程中存在一定的漏油。因此，自2016年，利用檢修機會依次對機組組合軸承端蓋進行改造，將原來的梳齒式端蓋改造成CXSD-軸承密封裝置。CXSD-軸承密封裝置采用衡力彈簧使T型隨動密封齒在轉軸偏擺時向心運動受力均勻，以及安裝具有優良自潤滑性能的隨動氣密封板，有效防止潤滑油順轉軸向上泄漏，確保油及油霧不會從該位置逸出，解決了潤滑油外漏的問題。雖然風洞內有一些白色粉末，但廠家技術人員現場確認是端蓋密封尺在運行過程中的摩擦造成的，屬于正常磨合，不會引起漏油的情況。

大軸聯接螺栓內固定主推力環的螺栓處有漏油（因大軸聯接螺栓孔為通孔，投產初期出現過漏油，后在M36螺栓上加銅墊進行了止漏處理，處理后效果良好），從現場情況來看，除幾個銷釘孔存在輕微滲油的情況外，大軸聯接螺栓位置未發現有油跡，通過對其中2個大軸聯接螺栓解體的情況來看，固定主推力環的M36螺栓的銅墊止漏效果顯著，沒有漏油情況。

經進一步排查發現大軸法蘭面存在較多的紅色油漬，并沿法蘭面向外側散開（圖4），從圖紙上判斷，應是操作油管伸長軸固定螺栓松動（機組投產初期，4號機伸長軸螺栓出現斷裂，受油器擺度大，造成機組調速器系統的油進入風洞，后將伸長軸固定螺栓增加1倍，其他機組也進行了相應改造）或密封老化存在滲漏油的情況，通過將受油器解體，將操作油管伸長軸拔出，發現操作油管伸長軸處密封老化，有油滲出，機組運行時油沿大軸法蘭面甩至風洞內，漏油點基本確定（受油器結構見圖5）。

圖4 法蘭外側圖

圖5 受油器結構圖

4.2 故障處理

為徹底解決2號機組轉子絕緣低的故障，①在檢修中對滑環進行了解體清掃并對轉子電纜與滑環連接螺栓處絕緣進行處理，同時對滑環間穿芯螺桿絕緣套與滑環結合處刷絕緣漆封閉，裝復前搖測滑環絕緣達到500MΩ。②對風洞內漏油點進行了徹底處理，更換了伸長軸端兩道200×8密封，并針對2號機受油器擺度較大的缺陷，裝復時對伸長軸法蘭面進行了加墊處理，經調整后操作油管伸長軸最大擺度為70μm。

5 檢修投運后處理效果跟蹤

2018年11月13 日2號機組檢修竣工開機，2019年3月7日進行風洞滲油情況檢查，風洞內已無油跡，受油器軸端密封更換后效果較好。保護裝置測得轉子接地電阻300kΩ，轉子接地故障得到徹底解決。其他機組進行密封更換后，效果同樣較好。

6 結束語

經過投產初期大軸聯接螺栓內固定主推力環的螺栓加銅墊止漏和受油器伸長軸固定螺栓改造，到組合軸承端蓋改造和受油器密封老化更換處理，設備結構不斷得到優化，風洞中漏油、甩油、油霧等問題得到徹底解決，在改善機組運行環境的基礎上，也最大限度的降低了設備檢修及維護保養，保證發電機組健康、安全、高效、穩定運行。