玉溪電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣低缺陷分析和處理

李光乾，李波

(麗水玉溪水利樞紐有限責(zé)任公司，浙江 麗水323005)

摘要：針對玉溪電站兩臺水輪發(fā)電機(jī)絕緣逐漸下降的現(xiàn)象，進(jìn)行了一系列處理和分析.最終通過轉(zhuǎn)子磁極解體檢修,確認(rèn)轉(zhuǎn)子絕緣下降的根本原因?yàn)榇艠O端部封裝工藝不合理、碳刷磨損，燈泡頭內(nèi)碳粉較多等,并對此進(jìn)行了處理，效果良好.該機(jī)組轉(zhuǎn)子絕緣降低處理的經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)措施,對類似工程有借鑒意義.

關(guān)鍵詞：水電廠；水輪發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；絕緣；磁極

中圖分類號：TM305.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2015-04-01

作者簡介：李光乾(1976-)，男，浙江景寧人，工程師，從事水電站管理.

Analysis on Reduction of Insulating Resistance and Countermeasures

for Magnetic Pole of Yuxi Hydropower Station

LL Guang-qian, LI Bo

(Lishui Yuxi Hydro-junction Project Co., Ltd, Lishui 323005, China)

Abstract:In Yuxi Power Station, the insulation of two hydro-generators reduced gradually, a series of processing and analysis are made. Finally through overhauling for the magnetic pole, the root cause of the rotor insulation felling is confirmed, and the practical problems are solved. The practical experience and improvement measures about the generator rotor insulation to reduce may provide reference for similar projects.

Key words:hydropower station; hydro-generator; rotor; insulation; magnetic poles

0引言

麗水玉溪水利樞紐有限責(zé)任公司(電廠名稱：玉溪電站)位于浙江省麗水市蓮都區(qū)大港頭鎮(zhèn)，裝機(jī)容量2×20 MW，1997年12月投產(chǎn)發(fā)電，機(jī)組為奧地利ELIN公司進(jìn)口燈泡貫流式機(jī)組，發(fā)電機(jī)型號SV550/56-133，發(fā)電機(jī)絕緣為F級絕緣，機(jī)組額定功率20 470 kW，額定電壓6.3 kV，定子額定電流2 044 A，功率因數(shù)0.9，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速107.14 r/min，轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)28對，轉(zhuǎn)子電壓160 V,轉(zhuǎn)子電流1 200 A.

電站兩臺機(jī)組轉(zhuǎn)子絕緣出現(xiàn)逐年下降現(xiàn)象，玉溪電站積極組織分析，進(jìn)行了有效的處理.本文分析了轉(zhuǎn)子絕緣下降的一般原因，介紹問題排查的思路和處理方法，針對該類機(jī)組進(jìn)行具體分析，并獲得了解決問題的方法，總結(jié)了可采取的有效措施.

1現(xiàn)象描述

玉溪電站1#、2#機(jī)組自2004年以來轉(zhuǎn)子磁極絕緣一直呈下降趨勢，自2009年以后兩臺機(jī)組轉(zhuǎn)子整體絕緣一直在0.2 MΩ以下，遠(yuǎn)低于DL/T 59696《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中轉(zhuǎn)子絕緣電阻標(biāo)準(zhǔn)，即室溫下不低于0.5 MΩ.至2011年后其中1#機(jī)的轉(zhuǎn)子絕緣更是在0.08～0.1 MΩ之間，嚴(yán)重影響了機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行.

2分析與處理

2.1引起轉(zhuǎn)子絕緣電阻降低的一般原因分析和處理方案制定

針對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極絕緣下降的情況，初步進(jìn)行分析，一般認(rèn)為可能引起此現(xiàn)象的原因有幾個(gè)方面，具體(見表1).

表1　轉(zhuǎn)子絕緣電阻降低的一般原因匯總表

針對上述原因，需要對機(jī)組進(jìn)行針對性的處理檢查，下面為具體的方法思考，并進(jìn)行了歸納分析.

對于第(1)類情況，轉(zhuǎn)子繞組絕緣并未受到傷害，只是因?yàn)榻^緣表面或內(nèi)部受潮引起的表面或者內(nèi)絕緣電阻降低，只需要進(jìn)行干燥就可以使其恢復(fù)正常.通常的干燥方法有熱風(fēng)干燥或者發(fā)電機(jī)短路干燥等.若是第(2)(3)(4)類情況是屬于由絕緣表面污垢引起表面絕緣電阻降低，一般采用擦拭、吹掃等方法除去絕緣表面污垢即可恢復(fù)其絕緣.對于第(5)類情況，一般采用測量轉(zhuǎn)子磁極交流阻抗的方法準(zhǔn)確查找出存在絕緣缺陷的磁極和位置后處理.必要時(shí)將缺陷磁極吊出解體甚至返廠處理.交流阻抗法的具體方法是：往轉(zhuǎn)子繞組通入交流電流，保持電壓不超過額定勵磁電壓，用高阻抗的毫伏表測試每個(gè)磁極線圈的壓降，應(yīng)均勻.如有匝間短路或者絕緣缺陷，相互比較差15%以上，相鄰磁極的交流阻抗也會明顯降低，以此可以判定缺陷位置.對于第(6)類情況，必須先準(zhǔn)確查找出存在絕緣缺陷的磁極，再把轉(zhuǎn)子繞組磁極連片拆開，將缺陷磁極吊出再解體后進(jìn)行處理，必要時(shí)需要返廠處理.

綜上所述第(1)(2)(3)(4)類，處理方法簡單，用時(shí)用工少，現(xiàn)場容易實(shí)現(xiàn)；第(5)(6)類處理難度大，一般需要將問題磁極拆卸進(jìn)行檢查，問題處理好后再安裝恢復(fù)，經(jīng)測試合格后才能投運(yùn).用時(shí)少則需要一周，多則一月，這將嚴(yán)重影響到機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間.所以現(xiàn)場進(jìn)行原因排查和缺陷處理一般順序是先易后難，據(jù)此合理制定檢查方案，從而快速準(zhǔn)確地找到問題所在，提高檢修效率，其流程(見圖1).

圖1　轉(zhuǎn)子絕緣電阻降低檢查處理流程圖

2.2轉(zhuǎn)子絕緣初步處理和分析

針對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣的不斷降低是否是受潮、油污等原因引起，根據(jù)處理方案，我們首先采取了容易現(xiàn)場處理的措施.在磁極絕緣的處理前，我們對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和單個(gè)磁極絕緣電阻進(jìn)行測試，經(jīng)過分解測量1#機(jī)組36#磁極0.08 MΩ、8#磁極0.72 MΩ、49#磁極0.8 MΩ、17#磁極1.7 MΩ、14#2.0 MΩ，其他在3到500 MΩ不等；2#機(jī)組絕緣0.25 MΩ,磁極絕緣較低的為：20#磁極7.51 MΩ,21#磁極1.7 MΩ,22#磁極0.88 MΩ,23#磁極6.05 MΩ,46#磁極1.21 MΩ,其他的從幾兆到幾百兆歐姆不等.根據(jù)磁極的絕緣實(shí)際情況，按照上述處理流程，我們對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極分別進(jìn)行了干燥空氣吹掃、帶電清洗液清洗、發(fā)電機(jī)短路干燥等方法進(jìn)行處理，具體如下.

(1)低壓氣吹掃和擦拭：用干燥的壓縮空氣吹掃再用柔軟的棉布擦拭.

(2)帶電清洗液清洗，其過程如下.

采用絕緣良好、耐壓25 kV及以上易揮發(fā)、無損傷帶電清洗液.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子盤車，轉(zhuǎn)速7～8轉(zhuǎn)/min.清洗液用噴射裝置霧狀進(jìn)行噴洗.清洗過程對轉(zhuǎn)子絕緣進(jìn)行檢查，絕緣到達(dá)10 MΩ以上停止清洗.繼續(xù)盤車空轉(zhuǎn)8～10 h，使清洗劑充分揮發(fā).本機(jī)組共有56個(gè)磁極，清洗前后的磁極絕緣電阻值(見表2)，對比可見問題并未得到解決.

表2　清洗前后磁極絕緣電阻測試記錄

(3)發(fā)電機(jī)短路烘干：在發(fā)電機(jī)定子三相短路，利用發(fā)電機(jī)自身熱量進(jìn)行干燥，其過程如下.

首先是需要做好準(zhǔn)備工作.在發(fā)電機(jī)與出口開關(guān)間用短路銅排將發(fā)電機(jī)牢固三相短路，必須接觸良好.發(fā)電機(jī)出口開關(guān)在“試驗(yàn)”位置.在機(jī)組6.3 kV開關(guān)柜室測量機(jī)組定子三相對地絕緣與轉(zhuǎn)子絕緣電阻阻值.退出主變差動保護(hù)，退出發(fā)電機(jī)欠壓過流后備保護(hù)，冷風(fēng)報(bào)警溫度由44.5 ℃調(diào)到60 ℃,跳閘溫度由47 ℃調(diào)到65 ℃.然后進(jìn)行如下操作.勵磁在“手動”位置,機(jī)組由“遠(yuǎn)方”控制該為“現(xiàn)地”控制.水輪機(jī)運(yùn)行，在額定轉(zhuǎn)速下空轉(zhuǎn)2 min，各專責(zé)人員檢查所轄設(shè)備無異常,并一直保持水輪機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行.手動投勵磁，緩慢調(diào)節(jié)勵磁電流，使定子電流緩慢上升，定子電流的大小以定子繞組的溫度上升速度來判斷，定子繞組溫度上升速度保持在每小時(shí)5～8 ℃為宜，勵磁電流不得超過604 A.定子線圈溫度穩(wěn)定在85～90 ℃范圍，持續(xù)時(shí)間為18～20 h.手動緩慢增加勵磁電流，使定子繞組增加5 ℃，運(yùn)行 24 h.直到溫度增加至100 ℃.手動緩慢降低勵磁電流，使定子線圈溫度下降速度為每小時(shí)5～8 ℃.在定子繞組溫度降到50 ℃或以下時(shí)，將勵磁電流緩慢降到0，跳勵磁，按UC2屏上緊急停機(jī)按鈕停機(jī).停機(jī)后，每隔4 h測一次絕緣電阻，直至絕緣電阻穩(wěn)定.通流干燥過程需要注意：如發(fā)現(xiàn)定子線圈溫度迅速上升及其它異常情況，應(yīng)立即跳勵磁，按緊急停機(jī).應(yīng)保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，以免發(fā)熱不穩(wěn)定.勵磁電流始終不能超過604 A.

用以上幾種方法處理后，我們發(fā)現(xiàn)單個(gè)磁極絕緣及發(fā)電機(jī)整體絕緣都沒有提高，還存在不同程度的降低，這種情況嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行.根據(jù)初步處理情況，最后分析認(rèn)為磁極絕緣下降與發(fā)電機(jī)受潮等原因關(guān)系不大，根本原因應(yīng)該是由于磁極本體材料老化，出現(xiàn)封裝不嚴(yán)密，導(dǎo)致碳粉進(jìn)入磁極內(nèi)部造成磁極線圈與鐵芯絕緣下降造成的，要處理磁極絕緣問題必須對磁極進(jìn)行解體.

2.3磁極解體檢修處理

在多方調(diào)研和充分的技術(shù)準(zhǔn)備工作后，2013年11月開始現(xiàn)場對1#發(fā)電機(jī)的36#、8#、14#、17#、49#磁極進(jìn)行了不吊定子情況下拆卸.在磁極拆卸后，現(xiàn)場檢查磁極存在端部封裝硅膠存在小孔，有碳粉進(jìn)入的可能.通過對磁極絕緣測量過程發(fā)現(xiàn)磁極豎立與橫臥位置絕緣差別很大，這就說明磁極線圈與鐵芯之間的確存在碳粉或者焊渣、鐵屑等物質(zhì)：磁極橫豎位置的變化而引起它們堆積位置和形狀的變化，從而改變了磁極線圈、鐵芯和碳粉或者鐵屑之間的電氣連接，引起絕緣電阻發(fā)生變化.現(xiàn)場對單個(gè)磁極進(jìn)行了表面清掃、干燥，磁極的絕緣電阻并沒有變化.

在完成了現(xiàn)場的基礎(chǔ)工作后，對磁極進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)磁極內(nèi)部碳粉較多，并沒有鐵屑.端部絕緣、極身絕緣、角絕緣等各絕緣材料不存在問題.磁極絕緣下降就是因?yàn)樘挤圻M(jìn)入磁極內(nèi)部造成的.為此對磁極鐵芯、線圈進(jìn)行了清洗，對絕緣材料進(jìn)行了更換,并對相關(guān)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，防止磁極在機(jī)組運(yùn)行過程中碳粉的進(jìn)入.

完成修理工作后，又對磁極進(jìn)行了絕緣電阻測試、直阻測量、交流耐壓試驗(yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)(見表3).全部試驗(yàn)合格，與原廠出廠報(bào)告一致.試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)一般依據(jù)GB50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于發(fā)電機(jī)部分描述為：如在現(xiàn)場組裝應(yīng)按照GB/8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行.而根據(jù)GB/8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，單個(gè)磁極交流耐壓標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為：掛裝前10UL+1 500 V，但不低于3 000 V；掛裝后10UL+1 000 V ，但不低于2 500 V；絕緣電阻>5 MΩ.所以磁極耐壓標(biāo)準(zhǔn)為：掛裝前為3 000 V；掛裝后為2 500 V.但本電站的奧地利機(jī)組出廠標(biāo)準(zhǔn)為1 900 V，故此處依據(jù)采用1 900 V.

當(dāng)年12月完成了現(xiàn)場所有檢修磁極的安裝及試驗(yàn)工作，并投入運(yùn)行.到目前為止，檢修后的磁極運(yùn)行情況良好.

表3　磁極線圈試驗(yàn)記錄

注：試驗(yàn)環(huán)境為溫度11 ℃/濕度44%.

3結(jié)語

經(jīng)過這次磁極問題處理分析，進(jìn)行總結(jié)可知，引起玉溪電站磁極絕緣下降的原因主要有如下幾點(diǎn).(1)磁極端部封裝工藝不合理，存在縫隙；(2)碳刷磨損，燈泡頭內(nèi)碳粉較多；(3)帶電清洗液清洗磁極導(dǎo)致碳粉更容易進(jìn)入磁極內(nèi)部.

針對上述情況，玉溪電站進(jìn)行了有效處理，主要措施具體有以下幾點(diǎn).(1)把絕緣不合格的發(fā)電機(jī)磁極拆卸后及時(shí)返廠處理；(2)進(jìn)行滑環(huán)處理，碳刷改造，減少碳刷的磨損量；(3)對機(jī)組碳粉清除系統(tǒng)改造，最大程度減少碳粉進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部；(4)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子維護(hù)過程停用帶電清洗液，采取低壓氣吹掃，吸塵器、柔軟棉布清掃.

以上發(fā)電機(jī)磁極絕緣問題的處理，解決了長期威脅玉溪電站主設(shè)備安全運(yùn)行的隱患，也為處理發(fā)電機(jī)同類故障問題積累了經(jīng)驗(yàn)，并對推動進(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化改造和檢修進(jìn)程作出了有益的嘗試.

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