瑞麗江水電站發電機油霧及轉子絕緣問題處理

謝金韋

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝分公司，云南 昆明 650032）

瑞麗江水電站發電機油霧及轉子絕緣問題處理

謝金韋

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝分公司，云南 昆明 650032）

介紹了瑞麗江水電站1號、2號機組在試運行過程中出現了因推力油槽甩油導致在集電環周圍空間存在油霧問題和碳刷磨損過大、過快導致轉子絕緣下降的問題，分析論證了問題產生的原因，并介紹了如何解決的方法。

油霧；碳粉；轉子絕緣；處理方法

1 油霧、碳粉及轉子絕緣下降的問題

瑞麗江水電站機組結構為三段軸結構（發電機軸、中間軸、水輪機軸）的懸式機組，其中集電環設計在推力油盆與上導油盆之間，見圖1所示。

瑞麗江水電站1、2號機組在試運行過程中，在上導油盆與推力油盆之間存在油霧，而集電環及刷架表面上存在油污和磨損碳粉的問題，由于油污和碳粉的影響導致轉子絕緣多次發生下降到整定下限值，機組被迫停機處理，影響機組的正常運行。

1.1 油霧產生原因分析

機組在高速運轉中，推力頭鏡板的外壁將帶動推力油槽中粘滯的靜油運動，使油面因離心力作用向油槽外壁涌高或飛濺，同時油槽中的油也形成旋轉激流運動，但運動的油受到鏡板四個吊攀孔阻擋和攪動作用導致油面涌起和激流。

再者，在機組運行過程中，隨著油溫升高推力油槽中的油和空氣體積膨脹，推力頭內側與擋油管之間油面之上的空間在外部氣壓與油槽內的氣壓不平衡下容易形成局部負壓，見圖2所示。推力油槽內因壓力變化及旋轉激流運動、溫度等因素導致油槽內部上腔存在氣態的油霧，所產生的大量油霧經推力頭上的均壓孔，這些油霧因油槽內外氣壓不平衡順著擋油管外壁易進入滑環室而形成了內甩油，使得滑環室內集聚了大量的油霧并形成油滴。油霧進入滑環室后與碳刷磨損產生的粉塵共同形成油污，并敷在碳刷架表面。

1.2 油霧的解決方法

根據上述分析說明，油霧是因為受到鏡板吊攀孔和氣壓不平衡而產生，為了防止油霧順著擋油管與推力頭之間的間隙進入滑環室，瑞麗江電站機組采取如下措施進行處理：

（1）措施一：間隙阻擋法

為了阻擋油霧從擋油管與推力頭之間的間隙進入滑環室，現場采取在擋油管上增加一道聚四氟乙烯硬質密封圈固定在擋油管上，見圖3所示。首先測量擋油管頂端與推力頭間隙尺寸，根據實測值確定聚四氟乙烯密封環的高度，并將固定聚四氟乙烯孔加工成腰形孔以適應安裝調整，保證安裝后聚四氟乙烯環與推力頭有1～2 mm的過盈量以達到無間隙封堵的效果。

根據上述分析，鏡板吊攀孔是形成油槽中的油上竄的原因之一，為此，現場采取對鏡板四個吊攀孔增設盲板封堵的辦法處理，以此減小運動的激流阻力。封堵板用四顆沉頭螺釘固定，封堵時沉頭螺釘涂抹緊固膠。

（2）措施二：對推力頭重新加工均壓孔

為了使推力油槽內外氣壓平衡，瑞麗江水電站機組采取重新布置均壓孔的處理辦法。首先將推力頭上原2-￠20均壓孔外端攻M24螺紋，并用絲堵封堵，然后重新加工8-￠14均壓孔，使均壓孔內端的位置位于擋油環下方，均壓孔外端攻M16螺紋,見圖3所示。攻螺紋孔目的：根據現場實際運行情況，若均壓孔數量過多，可用絲堵封堵部分均壓孔，以使得油槽內外氣壓平衡。

同時在推力頭內緣均壓孔位置加工一道油溝，防止潤滑油沿推力頭內緣上爬。

（3）措施三：增加壓油葉柵

為了減小推力頭及鏡板在旋轉過程中油面的上濺和上竄，通過在擋油管外壁上焊接壓油柵條以達到在推力頭旋轉時形成向下的負壓作用將上竄的油面強行壓下，即防止了油面的吸高又抑制油流上行。柵條位于油面上方20mm，水平10°的夾角，見圖3所示。

（4）措施四：增設吸油霧裝置

為了進一步減小推力油槽中的油霧，現場除了上述措施外，采取在推力油槽上方增設了兩個吸油霧裝置將油霧吸收，見圖4所示。

2 碳刷磨損過大及轉子絕緣電阻降低問題

瑞麗江水電站1號、2號機組在試運行過程中存在碳粉損耗過大，磨損的大量碳粉逐漸覆蓋在集電環及刷架表面上，加上上述的油霧作用使得粉狀的碳粉形成油污，導致了機組在運行過程中轉子絕緣電阻逐漸下降的現象。

說明：瑞麗江水電站機組并網帶滿負荷運行狀態下轉子絕緣電阻最大值為：655.360 kΩ，設計整定值50 kΩ報警、20 kΩ停機。

2.1 問題分析

瑞麗江水電站機組集電環的上、下滑環與碳刷接觸的表面在設計上分別存在兩道右螺旋型的通風溝槽，三道溝槽圓弧角在設計上R=0.5 mm，如圖5所示，三道溝槽運轉過程中猶如兩道鋒利的刀帶，在高速旋轉過程中對碳刷形成了向上的切削力；而碳刷與集電環滑環接觸，高速轉動的集電環對碳刷又形成滑動摩擦，在這兩個力的作用下導致碳刷磨損過快過大而形成大量碳粉。

圖5 集電環溝槽圓弧角加工處理比較示意圖

在機組運行過程中碳刷與集電環之間會建立氧化膜，而氧化膜是保證碳刷抗磨損和穩定運行的重要因素。影響氧化膜建立的因素有：集電環表面粗糙度、溫度、濕度和環境、碳刷性能。

集電環表面粗糙度Ra0.8～1.6易于碳刷與集電環之間建立氧化膜，過于光滑的集電環表面反而不利于氧化膜的建立。

碳刷的最佳運行溫度為60～90℃，在這個溫度范圍內易于氧化膜的建立，因此碳刷的工作電流密度要選擇接近其額定值。

碳刷的最佳運行濕度是空氣含水量的8～15g/m3。當空氣的含水量在25 g/m3以上，碳刷的磨損則會加劇。當空氣的含水量在3g/m3以下，氧化膜就會破壞。

2.2 解決方法

根據上述分析，為減小碳刷的磨損量，現場采取如下措施進行了處理和完善。

（1）措施一：集電環部件表面處理

集電環三道通風溝散熱槽原設計為R0.5的圓角，現場對通風溝槽棱角采取進行打磨處理，以增大通風溝槽棱角圓弧角減小其切削力，見圖5所示，這樣有效地減小了碳刷的切削磨損。同時對碳刷與集電環接觸的光滑表面進行處理，以達到Ra0.8～1.6表面粗糙度，滿足碳刷與集電環之間建立氧化膜的要求。

（2）措施二：選擇合適的碳刷

瑞麗江水電站1號、2號機組先后更換NCC634、E468和上海摩根D172三種不同特性的碳刷進行試驗對比，經驗證發現NCC634碳刷更適合瑞麗江的氣候環境下的機組使用。

NCC634碳刷的材質是天然石墨，額定電流密度為0.1A/mm2,允許周速81m/s。而E468和D172碳刷的材質是電化石墨，E468額定電流密度0.05～0.15A/mm2，允許周速50m/s；D172額定電流密度0.12A/mm2，允許周速70m/s。天然石墨的碳刷適用于周速大于20m/s，但載流能力稍低，電化石墨的碳刷載流能力要比天然石墨碳刷要高一些。

（3）措施三：控制碳刷電流密度

瑞麗江發電機集電環周速為24m/s，原設計共56個碳刷，電流密度為0.055A/mm2，由于NCC634碳刷更適合瑞麗江電站機組及環境要求，根據該碳刷的特性要求，現場采取對兩極碳刷對稱減少8個碳刷，使電流密度提高到0.077A/mm2，接近NCC634碳刷的額定電流密度，有利于建立氧化膜，同時，碳刷數量減少也使得碳粉總量減少。

3 結束語

瑞麗江水電站1號、2號機組經上述方法處理后推力頭油槽甩油和油霧問題基本得到解決，碳粉磨損過大的問題也起到明顯的改善效果，通過定期對集電環碳粉清掃，轉子絕緣下降問題也得到了解決，1號、2號機組得到了長期穩定運行。根據1號、2號機組的成功處理辦法，在3號～6號機組安裝過程中也相應采用進行改善。

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TM307

B

1672-5387（2010）04-0052-03

2010-05-05

謝金韋（1974-），男，工程師，從事水輪發電機設備安裝和技術管理工作。