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水輪發電機轉子絕緣下降原因分析及處理

文檔作者：朱躍亮文檔來源：浙江浙能華光潭水力發電有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年05月30日
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上一篇：水輪發電機組出口開關拒動的危害分析

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第33卷第5期
2010年10月
水電站機電技術
Mechanical&amp;amp;Electrical Technique of Hydrnpower Station
V01．33 No．5
0n．2010 19
水輪發電機轉子絕緣下降原因分析及處理
朱躍亮
(浙江浙能華光潭水力發電有限公司，浙江臨安31 1322)
摘要：水輪發電機轉子絕緣下降引發一點接地故障，影響機組的連續運行，嚴重時發展到兩點接地威脅轉子設備
安全。分析了華光潭梯級水電站發電機轉子所發生接地故障的類型、原因，并提出相應的解決辦法。對同類水輪發
電機組有一定的借鑒作用。
關鍵詞：水輪發電機；轉子絕緣；下降原因；分析；處理
中圖分類號：TM303．4 文獻標識碼：B 文章編號：1672—5387(2010)05-0019-03
0引言
華光潭梯級水電站地處浙江省臨安龍崗鎮，位
于分水江干流昌化江上游的巨溪上，電站總裝機容
量85 MW，其中一級電站裝機2×30 MW，二級電站
裝機2×12．5 MW，于2005年10月全部竣工并網發
電。是目前杭州地區電網最大的水電站，也是杭州地
區電網的黑啟動源。
華光潭一級電站水輪發電機型號為
SF30—12／3520，發電機采用具有上下兩個導軸承的
立軸懸式機構，推力軸承置于上導軸承的油槽內。勵
磁方式為自并激靜止可控勵磁，額定勵磁電流
680A，電刷數量9對。發電機額定轉速500 r／rain。
1故障現象
2010年3月11日，華光潭梯級電站一號機發
電運行過程中，上位機發“1號機轉子一點接地”故
障信號，停機后檢查一號發電機轉子回路絕緣為零。
經檢修人員對電刷、集電環及集電環支撐絕緣架等
處進行清掃處理后，轉子回路絕緣達到200MQ，機
組恢復正常運行。3月21日運行人員巡檢再次發
現．一號機轉子接地電阻測量值下降接近告警值，后
停機清掃處理，轉子絕緣達到500 MQ以上，機組恢
復運行。
電站自2004年5月投產發電以來。多次發生發
電機轉子一點接地故障，嚴重影響了機組安全穩定
運行，增加了機組強迫停運次數，加大了設備的檢修
維護強度。通過對機組的結構圖紙和故障現象的分
析，查找故障產生的原因。在電站允許的條件下，采
取相應的措施，有效控制故障的發生。
2故障類型及原因分析
到目前為止華光潭梯級電站發現和處理的轉子
接地故障大致可分以下三類：
(1)一類是發電機勵磁系統直流回路中設備絕
緣破壞引起的轉子接地故障。
如2008年4月18日發生的3號機“轉子一點
接地故障”。檢查發現是集電環到轉子線圈穿過轉子
大軸中心的勵磁橡皮電纜在彎頭處破損，線芯接觸
大軸發生接地。具體接地點如圖l所示。這類接地故
障現象初期表現為發電機發電運行過程偶爾發生瞬
時接地，停機后絕緣正常。隨著勵磁橡皮電纜破損程
度增加，可轉為永久接地。
圖l勵磁橡皮電纜接地點
收稿日期：2010—07一f)1
作者簡介：朱躍亮(1967一)．男．工程師，技術主管，從事常規水電廠
技術管理工作。
萬方數據
水電站機電技術第33卷
(2)一類是發電機勵磁系統交流回路中設備絕
緣破壞引起的轉子接地故障。
如2004年5月11日勵磁系統第一次投運時，
發生的三號機“轉子～點接地故障”。檢查發現是勵
磁變低壓側B相電纜破損接地引起的，表現為機組
勵磁建壓后有接地故障信號，不建壓或停機態轉子
回路絕緣正常。發電機勵磁交流回路電纜接地，待可
控硅導通機組建壓后通過轉子一點接地回路檢測到
故障信號。
(3)另一類是發電機轉子回路設備本身絕緣是
正常的，文中提到的重復兩次的接地故障。
接地故障的原因是由于碳粉在集電環和集電環
支架間的隔離絕緣圈上堆積形成接地通道，經大軸
接地電刷接地。發電機轉子碳粉堆積位置如圖2所
示。此類故障如不采取措施很容易重復發生，下面著
重聯系一號發電機分別從罩殼內部油霧情況、集電
環的光潔度、電刷的材質、機組的擺度、電刷的數量
等方面重點分析產生碳粉堆積的原因。
圖2發電機轉子碳粉堆積位置
1)推力油槽油霧的影響
一號發電機和A級檢修前相比，電刷硬度比以
前低，連續運行的時間沒以前長，電刷數量沒有改
變。為什么短時間內就連續二次m現轉子一點接地
故障呢?就現場情況看，下集電環光潔度明顯比上集
電環光潔度差，下集電環碳粉堆積也明顯比上集電
環多，并且呈油膩結塊狀。一方面由于A級檢修后
推力油槽油位較高，和平時相比推力油槽油位高出
5 cm爭另一方面由于發電機推力油槽蓋板和轉動的
發電機大軸間隙采用羊毛氈隔離。這導致從固定的
推力油槽蓋板和轉動的發電機大軸間隙排出的油霧
和從推力油槽呼吸孑L排出的油霧就增多，油霧與碳
粉結合容易在隔離絕緣圈上堆積著落。
2)集電環光潔度影響
2010年3月11日，A級檢修后累計發電
472 h50 min后，出現一號機轉子一點接地故障?！?
檢查，下集電環表面發暗，并有明顯的劃痕，引起這
一現象的主要原因應是下集電環更接近發電機推力
油槽，帶油霧的碳粉粘結在集電環上，增大環火，導
致集電環表面溫度升高，電刷磨損加劇，隔離絕緣圈
碳粉積聚速度增加?！?
3)電刷的材質影響
電刷的材質包括洛氏硬度、電阻系數、摩擦系數
等，是碳粉產生的主要原因。華光潭梯級電站電刷的
主要技術指標見表1。電刷和集電環之間，電刷材質
硬了，集電環磨損嚴重；電刷材質軟了，電刷磨損厲
害，碳粉多。需要電刷和集電環之間不斷選型磨合fll。
一號發電機自2005年10月投產發電以來，由于集
電環磨損較深，于2009年5月27日更換了一
號機電刷的型號，更換后累計發電運行時間
1 109 h53 min，轉子絕緣情況正常。
更換前電刷型號：樂清新光電碳廠D172 T6、
25 X 32 X 60；更換后碳刷型號：上海摩楊電碳廠
$27-T6、25X32×60。
表1華光潭梯級電站$27和D172電刷的主要技術指標
4)機組擺度的影響
正常情況下，機組擺度也是電刷磨損增加的原
因之一。2009年5月27日更換1號機電刷后測試
機組擺度數據：機組空載時，推力頭擺度：0，20 mm：
機組負載(P=29．85 MW q=-3．10 Mvar)，推力頭擺
度：0．20 mm；A級檢修后，推力頭擺度：0．20 mm：
2010年4月9日，機組負載(P=29．84 MW q=-3．96
Mvar)推力擺度：0．25 mm；與電刷更換前后、A級檢
萬方數據
第5期朱躍亮：水輪發電機轉子絕緣下降原因分析及處理21
修前后，數據變化不大，不是主要原因。
5)電刷數量的影響
一號機設計電刷共9對，按額定電流密度(10
A／cm2)計算，每只電刷額定通流80 A，發電機的額定
勵磁電流為680 A，實際運行時發電機的勵磁電流
約500A左右。電刷數量基本滿足要求。
綜上所述：華光潭一號發電機A級檢修后，重
復發生兩次接地故障，其主要原因是罩殼內部油霧
增多和集電環表面劃痕造成電刷磨損加劇，碳粉在
隔離絕緣圈堆積速度加快引起的。
3處理辦法
(1)第一類故障
瞬時接地，故障點比較隱蔽，不易查找。發電機
轉子一點接地短時間仍可運行，但如果處理不及時，
一旦轉子回路另外再有一點接地，發生兩點接地，對
轉子危害就很大121。初期判斷接地時，可用直流電焊
機，手動加勵磁電流，從而判斷接地點是在滅磁開關
回路前還是后，即勵磁調節器控制回路接地還是轉
子本身或回路接地。處理時可根據大軸開口尺寸，對
破損橡皮電纜用玻璃絲帶層層包扎，層與層之間涂
上環氧樹脂，增加電纜的絕緣，防止電纜磨破。同時
要確保電纜在轉子大軸上下孔洞內部不要晃動。
(2)第二類故障
其實是交流回路接地，故障原因很難被人想劉。
但找到了原因處理就很簡單，更換包扎電纜或提高
設備絕緣水平即可。
(3)第三類重復接地故障
處理相對麻煩。結合電站上半年汛期c級檢
修，針對一號發電機的實際情況，為了減少罩殼內部
油霧和電刷的磨損，采取了以下處理辦法：
1)當停機過程機組下降到50％Ne轉速時，兩
人同時在下集電環刷握兩端用金相砂皮緊貼集電環
利用機組剩余速度打磨下集電環(如圖3所示)，每
次打磨2．5 min，共進行了5次。消除集電環上的毛
刺，提高集電環的光潔度。
2)盡可能降低推力油槽油位，臨時用軟皮管把
推力油槽呼吸孔接到發電機罩殼外部，減少罩殼內
部油霧。
3)定時在風洞內把到一號機轉子的勵磁引線正
負極進行對換，減少電刷在勵磁電流作用下的電氣
磨損和機械磨損。
4)加強設備維護，增加轉子回路清掃頻率。
圖3集電環打磨
4結束語
經過處理，發生重復接地故障的華光潭一號發
電機，運行時的集電環環火和碳粉明顯減少，發電機
連續運行時間也得到延長。下一步計劃把固定在推
力油槽蓋板和轉動的發電機大軸迷宮間隙的羊毛氈
密封改為新型材料的硬接觸式油檔，進一步改善罩
殼內油霧狀況。同時對推力油槽呼吸孔采用永久處
理辦法，增加油霧吸收裝置，從而徹底解決一號發電
機轉子絕緣下降的問題。本文羅列并分析了華光潭
梯級電站投運以來發生的發電機轉子接地故障的類
型、原因和處理方法，重點分析了重復接地故障發生
的原因，并提出了相應的解決措施，對同類水輪發電
機組有一定的借鑒作用。
參考文獻：
【1】．李基成．現代同步發電機勵磁系統設計及應用【M】．北京：
中國電力出版社，2002．
【2】．王維儉．電氣主設備繼電保護原理與應用[MI．北京：中國電
力出版社．1996．

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