关键词：转子磁极；碳粉；绝缘偏低；改进措施
Cause analysis and treatment of low insulation of Hydrogenerator rotor
Han Weijiang ChenJunchao
(Zhejiang zheneng Beihai hydropower Co.,qingtian 323907,China)
Abstract: generator rotor coil magnetic pole surface if the insulation defects in the operation process of agglomeration of toner and oil mist quantity, and the spindle formation pathway, serious impact to the pole insulation, thereby affecting the safe and stable operation of generator. Through an example, this paper analyzes the specific reasons for the decline of generator pole insulation, puts forward the improvement measures and technological requirements, so as to fundamentally solve the problem of low rotor insulation.
Keywords: rotor; toner; insulating varnish is low; improvement scheme; Dipping paint
0 引言
某水电站装机60.4万KW，其中3台20万KW常规机组，0.4万KW机组为生态小机组，主要作用是在常规机组全停期间开机运行，保证下游不断流，保护生态环境。该机组为卧式机组，转速1000r/min，机端电压10.5KV，励磁电压80V。发电量通过主厂房3号厂变升压至13.8KV，再由主变升压至220KV送入电网。生态小机组投产以来，无论在社会还是在经济上都产生了积极效应。但是自投产以来，机组多次报转子接地故障， 影响了机组正常运行。故障报出后，经电站专业人员检测，发现转子滑环和磁极整体绝缘接近为零。
1 检查情况
通过绝缘测量，确认转子磁极与滑环绝缘已降至为零。因转子在定子机座内部，人员不能进入检查，电站专业人员只能先检查外部滑环情况，发现滑环表面周围集聚了大量碳粉，还伴了油雾，吸附在滑环周围，不易直接清除干净。工作人员利用压缩空气和带电清洗剂冲洗碳粉，等带电清洗剂挥发干燥后再测量转子绝缘，发现转子绝缘明显上升，说明大量碳粉集聚在滑环周围，导通了滑环和主轴，引起转子绝缘下降。利用冲洗碳粉的方法，暂时消除了此次故障。
运行了一段时间后机组再次报转子接地故障，采用前次同样的方法，又消除了设备故障。反复几次后，发现转子绝缘在逐渐下降，且两次报转子接地故障的时间间隔越来越短，直至接近为零。利用带电清洗剂冲洗后绝缘也没有明显变化，该办法已经不能解决转子绝缘问题。为了找出转子绝缘薄弱点，工作人员解开滑环和磁极的连接电缆，分别测试滑环和磁极线圈绝缘。发现磁极绝缘严重偏低，接近为零，而滑环绝缘则有所上升。通过手电观察转子磁极情况，发现磁极表面也有碳粉吸附。
2 原因分析
经过现场仔细检查及几次处理分析，认为碳粉集聚是转子绝缘下降的直接原因。如果仅仅是干燥碳粉，在机组高速运转中会有离心力，很难会产生集聚现象。分析有以下几点原因会共同导致碳粉集聚：
（1）机组主轴前导油槽中的透平油，供轴瓦产生油膜，起润滑作用，但在机组高速运转中，也会甩出肉眼看不见的油雾。
（2）为了机组冷却，在转子主轴上装有冷却叶片，随转子同步运行。位置在定子机座两端，风向为向内吹风，定子机座底部留有出风口。
（3）该机组设计紧凑，滑环到风扇叶片的距离只有30CM左右，而叶片离磁极距离还不到30CM。前导油槽到滑环的距离只有50CM。
综合以上几点原因，首先发电机转速较高，运行中势必产生一定碳粉，伴着油槽中甩出的油雾，集聚在滑环表面，部分碳粉和油雾通过风扇被吸入到磁极表面，在绝缘薄弱点和主轴之间形成通路，最终导致转子绝缘下降。
3 改进措施
从之前处理方法来看，采用带电清洗剂清洗的办法，清洗磁极后绝缘肯定会明显上升，但是这种办法跟清洗滑环一样，只能解一时之需，不可能经常抽出转子。而要从根本上解决转子绝缘问题，还需要找到磁极绝缘薄弱点，并进行封闭隔绝，彻底断绝磁极线圈和主轴的通路。另外，就是要尽量减少碳粉在滑环上的集聚。要进行以上改进处理，必须要抽出发电机转子。抽出机组转子后，再次测试磁极对主轴的整体绝缘，几乎为零。用破布简单擦拭磁极和主轴的接触面后，绝缘上升至30MΩ左右，由此可见，碳粉在磁极和主轴之间形成了导电回路。为此，提出了以下改进措施：
（1）针对滑环，则进行了常规清洗处理。首先拆开滑环与磁极连接的穿心螺杆，再用带电清洗剂清洗整个滑环，检查滑环和主轴之间的环氧绝缘垫块完好。然后重新装回穿心螺杆，正负极滑环之间的螺杆用环氧套隔离。滑环清洗处理绝缘正常，等转子安装后，在滑环四周增加一个金属罩，再加装一个吸尘装置，根据机组运行实际情况，该吸尘装置功率1500W，风量达1800m3/h，随同机组开停机，不但能及时吸走机组运行中产生的碳粉，还能隔绝油雾，碳粉就不易吸附在滑环上。
在自动控制方面，利用机组及公用LCU02柜至机组水轮机就地端子箱的已有电缆G253的备用芯作为除尘装置控制及反馈电缆，控制线引入水轮机就地端子箱内。将机组及公用LCU02柜F面07板备用继电器JP15作为除尘装置启停控制继电器，常开接点接入除尘装置控制回路。另将机组及公用LCU02柜F面10板上备用通道57、58号端子对应的通道作为除尘装置的运行反馈信号输入通道。
在计算机监控方面，修改计算机监控系统对应该机组的逻辑组态程序，将机组转速n≥90%Ne信号作为转子除尘装置的控制信号，即当机组转速n≥90%Ne时，转子除尘装置启动，机组转速n＜90%Ne时，转子除尘装置停止运行。
（2）针对磁极，线圈取下清洗后进行浸漆处理，用绝缘漆填满线圈空隙并整体覆盖表面，形成一个封闭的绝缘层。
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图一 线圈正在油漆池中浸漆
在改进措施中，磁极处理非常关键，如果还有绝缘薄弱点，待机组安装后，不易处理。取下磁极线圈后，测试线圈和主轴之间环氧隔离板与线圈的绝缘完好，然后彻底清洗线圈，清除表面的碳粉和油污。浸漆前还要烘干，去除线圈中的潮气和提高线圈浸漆时的温度，以提高浸漆质量和漆的渗透能力。磁极线圈放入烘箱后，温度逐步提高，控制在30°/h,最高温度150°，然后持续时间6小时，彻底烘干线圈中的潮气。浸漆前要做好准备工作，油漆池按浸漆要求调好油漆，此次采用1040改性聚酯低温快固化浸渍漆，绝缘等级F级，具有较好的热、电、机械综合性能，用于F级发电机、电动机、电气绕组的浸渍绝缘和防护。烘箱开箱后，不能立即浸漆，否则线圈温度过高，漆中溶剂迅速挥发，使绕组表面过早形成漆膜，而不易浸透到绕组内部。但温度也不能过低，否则就失去烘干作用，使漆的粘度增大，流动性和渗透性较差，也使浸漆效果不好。所以浸漆前用温度计测量线圈温度在80°-90°之间再浸漆比较合适，线圈浸入油漆池后，要注意观察，直至没有气泡冒出为止，才能取出线圈，完成浸漆。线圈取出后，要立即清洗线圈欧姆接头上的油漆，不然欧姆接头有油漆，接头焊好后，会大大增加线圈的整体直流电阻，机组运行后造成线圈接头发热，影响机组的稳定运行。浸漆完成后，线圈再次烘干。
线圈烘干重新装回，测试单个磁极对主轴绝缘正常，再焊好线圈接头，测试磁极整体绝缘，用摇表1000V测试，绝缘2.11GΩ。测试线圈整体直流电阻0.159Ω，交流耐压1000V一分钟通过，在机组检修完成回装时，安装好滑环吸尘装置，此次转子绝缘偏低处理改进措施，已全部实施完成，各项试验顺利通过，绝缘完好。
滑环和磁极处理完毕，绝缘正常，在安装转子前，对转子电气部分表面重新喷绝缘漆，可以进一步加强电气部分的绝缘。
4 结语
发电机转子等电气设备中，最重要又最容易出现故障的就是绝缘系统。绝缘的好坏直接关系到设备能否安全稳定运行。绝缘出现问题必定是一个慢慢积累的过程，务必要做好事前控制，在交接试验、检修预防性试验时，加强试验质量管控，严格执行国家、行业试验规程，针对现场实际设备，制定试验细则和合格标准，实事求是，得出真实的试验结论，供参考分析，就可以及时发现设备绝缘缺陷，提出改进处理措施。此类绝缘缺陷慢慢积累放大后，往往会大大增加处理的难度。
在设备绝缘有缺陷时，更要标本兼治，采取有效措施，从根本上彻底解决绝缘薄弱环节，形成完整的绝缘层，才能确保设备能长期稳定运行。
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[6]Zhu Yueliang. [6] turbine generator rotor insulation down cause analysis and treatment of [J]. Huadian technology, 2010, 32 (10): 19-21
作者简介：
韩卫强（1983—），男，浙江建德人，工程师，主要从事水电厂一次设备检修维护及高压试验工作。
注:韩卫强，13732550056,0578-6616201，zisexinyu5920@163.com,浙江省青田县巨浦乡范村浙江浙能北海水力发电有限公司，323907。
陈俊超（1991—），男，浙江缙云人，助理工程师，主要从事水电厂一次设备检修维护及高压试验工作。
注:陈俊超，13735901260,0578-6616201，1182812663@qq.com,浙江省青田县巨浦乡范村浙江浙能北海水力发电有限公司，323907。
论文作者:韩卫强,陈俊超
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年22期
论文发表时间:2020/4/23
标签：转子论文; 磁极论文; 机组论文; 线圈论文; 碳粉论文; 主轴论文; 装置论文; 《当代电力文化》2019年22期论文;