发电机转子绕组对地绝缘电阻偏低的原因分析及处理.docx

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1、发电机转子绕组对地绝缘电阻偏低的缘由分析及处理李桥富【摘 要】对华电以礼河发电厂 36 MW 卧式发电机组转子绕组对地绝缘电阻偏低的缘由分析,找出了造成该问题的 3 个方面主要缘由,并对各缘由实行了相应的处理方案。从 2023 年 10 月到 2023 年 6 月,对各处理方案进展了实施,并在实施后定期对各台电机组转子绕组对地绝缘电阻状况进展了检查统计,统计结果说明,发电机组转子绕组对地绝缘电阻偏低的问题根本得到解决,发电机转子绕组对地绝缘电阻下降速度明显减慢,取得了显著效果。【期刊名称】水电站机电技术【年(卷),期】2023(035)002【总页数】3 页(P54-56)【关键词】转子绕组;

2、对地绝缘电阻;转子滑环;螺旋散热槽;转子磁极;发电机端盖【作 者】李桥富【作者单位】华电以礼河电厂,云南会泽 654207【正文语种】中 文【中图分类】TM3071 概述华电以礼河发电厂由四级电站组成，共装有 12 台水轮发电机组，其中，三、四级电站各装有 4 台由捷克斯洛伐克列宁工厂生产的 36 MW 卧式机组。卧式机组每台有 2 个转轮，2 道轴承，其中单号轴承为推力轴承，转子刷架安装在单号轴承上，另外，单号转轮侧安装有主、副励磁机。发电机在运行过程中转子绕组对地绝缘电阻降低是常见的故障之一，假设不准时消退， 可能导致发电机发“转子一点接地信号”被迫停机处理，甚至发生转子绕组短路， 造成转

3、子滑环、励磁功率柜、灭磁开关等设备烧毁的严峻事故，对发电机的安全运 行直接构成威逼。近年来，以礼河电厂三、四级电站发电机转子绕组绝缘电阻普遍 偏低，消灭了：20232023 年四级 2 号机常常发“转子一点接地”信号；2023 年 6 月 3 日，四级 3 号机因转子滑环处消灭短路，造成转子滑环、励磁电缆、灭磁开关及励磁功率柜烧毁的事故；2023 年 8 月，三级 4 号机转子滑环因引线螺杆绝缘套击穿，造成内、外环短路烧伤滑环等状况。此外，各机组在定期工作后转子绕组对地绝缘电阻下降较快。2023 年 110 月份定期工作机组转子绕组对地绝缘电阻统计状况见表 1、表 2空格月份为发电机组在进展检

4、修，下同。由于转子绕组对地绝缘电阻偏低、并且发电机定期工作后转子绕组对地绝缘电阻下降较快，给转子绕组的清扫带来了大量的工作；另外，有时因需停机处理转子绕组绝缘以及转子滑环烧毁后更换滑环等工作，导致重大的经济损失。为解决发电机转子绕组对地绝缘电阻下降较快的问题，通过发电机运行工况、碳刷质量、滑环构造等因素的认真分析、争论，找出造成转子绕组绝缘电阻偏低的主要缘由为机组运行过程中碳粉量太多。2 发电机组运行过程中碳粉量大的缘由（1） 转子滑环碳刷选型不当，运行过程中碳刷磨损较快，生产大量碳粉。转子滑环技术参数为：滑环直径：1 050 mm；额定转子电流：540 A；额定转速：600 r/min；碳刷

5、只数：8 只 /极；碳刷规格：254060 mm；额定电流密度：6.75A/cm2；额定圆周速：32.97 m/s。在 2023 年 10 月份以前，机组始终承受由哈尔滨电碳厂生产的 D252 型号的碳刷，从运行状况看，滑环外表较为粗糙，不能形成褐色氧化膜；运行过程中碳刷磨损较快，碳刷的使用寿命仅 2 个月左右，并在滑环外表、刷架及转子大轴等部位积存大量的碳粉，因此可确认该种型号的碳刷与此发电机组的转子滑环的技术参数不相匹配，属于碳刷选型不当。（2） 发电机转子滑环刷握弹簧不是恒压弹簧，各碳刷之间弹簧压力不均使得各碳刷电流密度不均，运行过程中碳刷跳火较为严峻，使转子滑环运行温度较高8090，为

6、避开碳刷跳火及形成电火花烧坏滑环外表，降低转子滑环运行温度，原滑环装配时在滑环外表车有一道螺旋散热槽，但因水轮机安装有两个转轮， 分别在发电机转子的两端，在运行过程中，由于水力安排不均或水力波动，使得转 子大轴具有轴向串动等状况，而刷架又固定在单号轴承座上，因此滑环外表的螺旋 散热槽对碳刷就具有一个轴向运动对碳刷进展切割，从而造成碳刷磨损较快，并形 成大量的碳粉。（3） 以前转子滑环更换时，为减小装配难度，装配承受分半焊接工艺。由于滑环焊缝处与非焊缝处硬度不一样，运行中滑环的磨损也就不一样，时间一长，同心度降低形成椭圆，使滑环外表较为粗糙，从而加大了对碳刷的磨损，造成了碳粉较多的状况。3 解决

7、方案（1） 对转子滑环碳刷选型不当问题，实行了更换转子滑环碳刷型号的解决方案。依据多方搜集资料，最终选择了由上海摩根碳刷制造生产的 NCC634 型碳刷。该型号碳刷是美国 Natinal摩根集团美国分公司特地开发的用于发电机集电环的自然石墨碳刷，该产品质地轻，可平均安排电流，接触电压降恒定，在高速线速度下可消退气垫作用，与滑环外表接触严密。碳刷的技术参数为：电阻率18m，抗折强度 5.2 MPa，肖氏硬度 20，体积密度 1.28 g/cm3，接触压降2.50 V，摩擦系数 0.29，额定电流密度 10 A/cm2，允许圆周速度 81 m/s。（2） 将转子滑环刷握弹簧改为恒压弹簧使弹簧压力较

8、为均衡，各碳刷之间电流分布比较均匀，在运行过程中碳刷跳火状况消退，滑环运行温度也相应降低均在75以下运行，如表 3 所示。表 3 36 MW 卧式发电机组转子滑环运行温度测量表承受恒压弹簧后机组编号下游侧/ 上游侧/ 有功/MW 负荷无功/MVar 励磁电流 /kA 测量时间 41 67内环 60 32 5 0.38 2023/11/28 43 64内环 60 32 4 0.34 2023/11/2844 64内环 60 30 4 0.35 2023/11/28 42 当天停机 31 63内环 6336 5 0.38 2023/12/2023 32 54外环 59内环 20 2 0.31202

9、3/12/2023 33 61外环 71内环 34 3.8 0.37 2023/12/2023 3463外环 68内环 35 1.5 0.36 2023/12/2023从统计结果看，转子滑环运行温度均在 71以下，因此可以车去滑环外表的螺旋散热槽，以消退由于运行中机组轴向串动对碳刷的切割，减小碳粉的大量产生。并为了提高滑环外表光滑度，在今后的维护过程中要求每 2 个月对转子滑环进展外表抛光处理，以减小碳刷的磨损量。（3） 对于转子滑环安装时承受分半焊接工艺，而造成的滑环接缝处与非接缝处硬度不一样的问题，解决方案是：滑环承受整体车制，装配时承受热套工艺，将转子滑环固定在转子大轴上。具体方法是：先

10、将截好的塑型云母片预热软化弯成筒形， 将绝缘衬垫和衬套放入压装工具已加热的金属环内，再将套筒压入，云母露出局部均用合成树脂浸渍的无碱玻璃丝绑扎，以防在电机运行时飞散；要求各绝缘层的接头均匀错开，不得对缝搭接；要求集电环与绝缘层有肯定过盈量。集电环的金属材质承受高强度合金钢。滑环装配时将滑环整体加热使其受热膨胀，当滑环内径大于滑环安装处的转子大轴加上绝缘层的直径时，将滑环套入转子大轴，调整好位置， 然后让滑环自然冷却，通过过盈协作将滑环固定在转子大轴上。4 完毕语以礼河发电厂 36 MW 卧式发电机组转子绕组对地绝缘电阻偏低的问题，通过实行上述处理方案后，运行了近半年时间，机组定期工作时转子绕组

11、对地绝缘电阻统计状况如表 45 所示。表 4 三级电站机组定期工作前后转子绕组对地绝缘电阻统计表工作时间 工作前 工作后 工作时间 工作前 工作后 工作时间 工作前 工作后 工作时间 工作前 工作后2023/11/28 0.4 6 2023/11/21 0.1 10 2023/11/7 2 3 2023/11/14 0 0.7 三级 1号机 2023/12/26 0.2 7 2023/12/19 0.3 10 2023/12/5 3 12 2023/12/12 0 42023/01/09 6 7 2023/01/23 2 10 2023/01/22 6 10 2023/01/16 0.6 1.

12、52023/2/11 2 6 2023/2/27 4 10 2023/2/17 0.5 10 2023/2/20 0.4 1 2023/4/310 18 2023/4/24 5 7 2023/4/17 0 4 2023/4/10 0.3 4 2023/5/14 5 5.32023/5/22 5 8 2023/5/8 2.5 3.5 2023/5/29 0.4 2 三级 2 号机三级 3 号机三级 4号机 2023/6/12 1 102023/6/19 1.5 1.8表 5 四级电站机组定期工作前后转子绕组对地绝缘电阻统计表工作时间 工作前 工作后 工作时间 工作前 工作后 工作时间 工作前 工

13、作后 工作时间 工作前 工作后 2 0 0 8/1 1/1 5 1 8 2 5 2 0 0 8/1 1/2 8 9 0 1 0 0 2 0 0 8/1 1/7 0.0 5 6.5 2 0 08/1 1/2 1 0.4 0.7 四级 1 号机 2 0 0 8/1 2/1 2 1 0 2 8 2 0 0 8/1 2/2 6 9 0 1 2 02 0 0 8/1 2/5 3 7 2 0 0 8/1 2/1 9 0.4 1 2 0 0 9/0 1/1 7 3 0 4 0 2 0 0 9/0 1/ 10 0 1 3 0 2 0 0 9/0 1/ 3.5 8 2 0 0 9/0 1/ 0.8 1.2 2

14、0 0 9/2 2 5 5 0 2 0 0 9/2 20 0 2 6 0 2 0 0 9/2/1 3 4 9 2 0 0 9/2/1 7 1.1 1.5 2 0 0 9/4/9 2 5 3 0 2 0 09/4/2 4 3 0 0 3 5 0 2 0 0 9/4/3 1 0 1 3 2 0 0 9/4/1 7 1 1.5 2 0 0 9/5/1 4 2 5 45 2 0 0 9/5/2 9 1 5 0 2 3 0 2 0 0 9/5/8 1 5 2 0 2 0 0 9/5/2 2 0.8 1.0 四级 2 号机四级 3 号机四级 4 号机 2 0 0 9/6/1 2 3 0 4 2 2 0 0 9/6/1 9 2 8 0 3 5 0从表 4、表 5 统计看出，对地绝缘电阻降低的问题得到了明显的改善。但是，由于发电机端盖设计不合理，端盖与转子大轴之间间隙较大，而此型式的发电机冷却方式为密闭循环风冷却方式，因此运行中碳粉和油泥很简洁被风带入发电机内部，使转子线圈受到污染，造成转子线圈对地绝缘电阻下降，至使整个转子线圈对地绝缘电阻较低。因此，在今后应考虑对发电机端盖进展改造，以改善其密封条件，从而提高整个转子绕组的对地绝缘电阻水平。