謝金韋

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

瑞麗江水電站發(fā)電機(jī)油霧及轉(zhuǎn)子絕緣問(wèn)題處理

謝金韋

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

介紹了瑞麗江水電站1號(hào)、2號(hào)機(jī)組在試運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了因推力油槽甩油導(dǎo)致在集電環(huán)周圍空間存在油霧問(wèn)題和碳刷磨損過(guò)大、過(guò)快導(dǎo)致轉(zhuǎn)子絕緣下降的問(wèn)題，分析論證了問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并介紹了如何解決的方法。

油霧；碳粉；轉(zhuǎn)子絕緣；處理方法

1 油霧、碳粉及轉(zhuǎn)子絕緣下降的問(wèn)題

瑞麗江水電站機(jī)組結(jié)構(gòu)為三段軸結(jié)構(gòu)（發(fā)電機(jī)軸、中間軸、水輪機(jī)軸）的懸式機(jī)組，其中集電環(huán)設(shè)計(jì)在推力油盆與上導(dǎo)油盆之間，見(jiàn)圖1所示。

瑞麗江水電站1、2號(hào)機(jī)組在試運(yùn)行過(guò)程中，在上導(dǎo)油盆與推力油盆之間存在油霧，而集電環(huán)及刷架表面上存在油污和磨損碳粉的問(wèn)題，由于油污和碳粉的影響導(dǎo)致轉(zhuǎn)子絕緣多次發(fā)生下降到整定下限值，機(jī)組被迫停機(jī)處理，影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

1.1 油霧產(chǎn)生原因分析

機(jī)組在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，推力頭鏡板的外壁將帶動(dòng)推力油槽中粘滯的靜油運(yùn)動(dòng)，使油面因離心力作用向油槽外壁涌高或飛濺，同時(shí)油槽中的油也形成旋轉(zhuǎn)激流運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)的油受到鏡板四個(gè)吊攀孔阻擋和攪動(dòng)作用導(dǎo)致油面涌起和激流。

再者，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)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(nèi)側(cè)與擋油管之間油面之上的空間在外部氣壓與油槽內(nèi)的氣壓不平衡下容易形成局部負(fù)壓，見(jiàn)圖2所示。推力油槽內(nèi)因壓力變化及旋轉(zhuǎn)激流運(yùn)動(dòng)、溫度等因素導(dǎo)致油槽內(nèi)部上腔存在氣態(tài)的油霧，所產(chǎn)生的大量油霧經(jīng)推力頭上的均壓孔，這些油霧因油槽內(nèi)外氣壓不平衡順著擋油管外壁易進(jìn)入滑環(huán)室而形成了內(nèi)甩油，使得滑環(huán)室內(nèi)集聚了大量的油霧并形成油滴。油霧進(jìn)入滑環(huán)室后與碳刷磨損產(chǎn)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(jù)上述分析說(shuō)明，油霧是因?yàn)槭艿界R板吊攀孔和氣壓不平衡而產(chǎn)生，為了防止油霧順著擋油管與推力頭之間的間隙進(jìn)入滑環(huán)室，瑞麗江電站機(jī)組采取如下措施進(jìn)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(jìn)入滑環(huán)室，現(xiàn)場(chǎng)采取在擋油管上增加一道聚四氟乙烯硬質(zhì)密封圈固定在擋油管上，見(jiàn)圖3所示。首先測(cè)量擋油管頂端與推力頭間隙尺寸，根據(jù)實(shí)測(cè)值確定聚四氟乙烯密封環(huán)的高度，并將固定聚四氟乙烯孔加工成腰形孔以適應(yīng)安裝調(diào)整，保證安裝后聚四氟乙烯環(huán)與推力頭有1～2 mm的過(guò)盈量以達(dá)到無(wú)間隙封堵的效果。

根據(jù)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(xiàn)場(chǎng)采取對(duì)鏡板四個(gè)吊攀孔增設(shè)盲板封堵的辦法處理，以此減小運(yùn)動(dòng)的激流阻力。封堵板用四顆沉頭螺釘固定，封堵時(shí)沉頭螺釘涂抹緊固膠。

（2）措施二：對(duì)推力頭重新加工均壓孔

為了使推力油槽內(nèi)外氣壓平衡，瑞麗江水電站機(jī)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(nèi)端的位置位于擋油環(huán)下方，均壓孔外端攻M16螺紋,見(jiàn)圖3所示。攻螺紋孔目的：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，若均壓孔數(shù)量過(guò)多，可用絲堵封堵部分均壓孔，以使得油槽內(nèi)外氣壓平衡。

同時(shí)在推力頭內(nèi)緣均壓孔位置加工一道油溝，防止?jié)櫥脱赝屏︻^內(nèi)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(zhuǎn)過(guò)程中油面的上濺和上竄，通過(guò)在擋油管外壁上焊接壓油柵條以達(dá)到在推力頭旋轉(zhuǎn)時(shí)形成向下的負(fù)壓作用將上竄的油面強(qiáng)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(jiàn)圖3所示。

（4）措施四：增設(shè)吸油霧裝置

為了進(jìn)一步減小推力油槽中的油霧，現(xiàn)場(chǎng)除了上述措施外，采取在推力油槽上方增設(shè)了兩個(gè)吸油霧裝置將油霧吸收，見(jiàn)圖4所示。

2 碳刷磨損過(guò)大及轉(zhuǎn)子絕緣電阻降低問(wèn)題

瑞麗江水電站1號(hào)、2號(hào)機(jī)組在試運(yùn)行過(guò)程中存在碳粉損耗過(guò)大，磨損的大量碳粉逐漸覆蓋在集電環(huán)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(dǎo)致了機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)子絕緣電阻逐漸下降的現(xiàn)象。

說(shuō)明：瑞麗江水電站機(jī)組并網(wǎng)帶滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下轉(zhuǎn)子絕緣電阻最大值為：655.360 kΩ，設(shè)計(jì)整定值50 kΩ報(bào)警、20 kΩ停機(jī)。

2.1 問(wèn)題分析

瑞麗江水電站機(jī)組集電環(huán)的上、下滑環(huán)與碳刷接觸的表面在設(shè)計(jì)上分別存在兩道右螺旋型的通風(fēng)溝槽，三道溝槽圓弧角在設(shè)計(jì)上R=0.5 mm，如圖5所示，三道溝槽運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中猶如兩道鋒利的刀帶，在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)碳刷形成了向上的切削力；而碳刷與集電環(huán)滑環(huán)接觸，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的集電環(huán)對(duì)碳刷又形成滑動(dòng)摩擦，在這兩個(gè)力的作用下導(dǎo)致碳刷磨損過(guò)快過(guò)大而形成大量碳粉。

圖5 集電環(huán)溝槽圓弧角加工處理比較示意圖

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中碳刷與集電環(huán)之間會(huì)建立氧化膜，而氧化膜是保證碳刷抗磨損和穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。影響氧化膜建立的因素有：集電環(huán)表面粗糙度、溫度、濕度和環(huán)境、碳刷性能。

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

碳刷的最佳運(yùn)行溫度為60～90℃，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)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(yùn)行濕度是空氣含水量的8～15g/m3。當(dāng)空氣的含水量在25 g/m3以上，碳刷的磨損則會(huì)加劇。當(dāng)空氣的含水量在3g/m3以下，氧化膜就會(huì)破壞。

2.2 解決方法

根據(jù)上述分析，為減小碳刷的磨損量，現(xiàn)場(chǎng)采取如下措施進(jìn)行了處理和完善。

（1）措施一：集電環(huán)部件表面處理

集電環(huán)三道通風(fēng)溝散熱槽原設(shè)計(jì)為R0.5的圓角，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)通風(fēng)溝槽棱角采取進(jìn)行打磨處理，以增大通風(fēng)溝槽棱角圓弧角減小其切削力，見(jiàn)圖5所示，這樣有效地減小了碳刷的切削磨損。同時(shí)對(duì)碳刷與集電環(huán)接觸的光滑表面進(jìn)行處理，以達(dá)到Ra0.8～1.6表面粗糙度，滿足碳刷與集電環(huán)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(hào)、2號(hào)機(jī)組先后更換NCC634、E468和上海摩根D172三種不同特性的碳刷進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，經(jīng)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)NCC634碳刷更適合瑞麗江的氣候環(huán)境下的機(jī)組使用。

NCC634碳刷的材質(zhì)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(zhì)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(fā)電機(jī)集電環(huán)周速為24m/s，原設(shè)計(jì)共56個(gè)碳刷，電流密度為0.055A/mm2，由于NCC634碳刷更適合瑞麗江電站機(jī)組及環(huán)境要求，根據(jù)該碳刷的特性要求，現(xiàn)場(chǎng)采取對(duì)兩極碳刷對(duì)稱減少8個(gè)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(shí)，碳刷數(shù)量減少也使得碳粉總量減少。

3 結(jié)束語(yǔ)

瑞麗江水電站1號(hào)、2號(hào)機(jī)組經(jīng)上述方法處理后推力頭油槽甩油和油霧問(wèn)題基本得到解決，碳粉磨損過(guò)大的問(wèn)題也起到明顯的改善效果，通過(guò)定期對(duì)集電環(huán)碳粉清掃，轉(zhuǎn)子絕緣下降問(wèn)題也得到了解決，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組得到了長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組的成功處理辦法，在3號(hào)～6號(hào)機(jī)組安裝過(guò)程中也相應(yīng)采用進(jìn)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(fā)電機(jī)設(shè)備安裝和技術(shù)管理工作。