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        水電廠機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障分析及處理對策分析

        2022-07-27 00:30:36南寧交通資產(chǎn)管理有限責(zé)任公司滕很朋
        電力設(shè)備管理 2022年12期
        關(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī)故障

        南寧交通資產(chǎn)管理有限責(zé)任公司 滕很朋

        1 前言

        隨著時(shí)代快速發(fā)展,水電廠機(jī)組設(shè)備得到了有效優(yōu)化,為了進(jìn)一步確保水電廠正常發(fā)電,保障泄洪用電質(zhì)量,通常會(huì)利用水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組為水電廠及時(shí)提供安全穩(wěn)定的電源。水電廠水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組在電網(wǎng)失電的情況下,及時(shí)啟動(dòng),為水電廠及時(shí)供電,以此保障水電廠運(yùn)行安全,同時(shí)促使水電廠及時(shí)恢復(fù)外部供電,確保發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定。但在發(fā)電機(jī)機(jī)組正常運(yùn)行的過程中,機(jī)組中的轉(zhuǎn)子很容易受到絕緣故障因素影響,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn),為此應(yīng)當(dāng)做好發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障分析工作,根據(jù)造成故障影響因素,及時(shí)提出相應(yīng)的處理措施以及解決措施,確保發(fā)電機(jī)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

        2 水電廠水輪機(jī)組發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子絕緣故障的危害

        水電廠一般會(huì)使用水輪發(fā)電機(jī)組作為發(fā)電運(yùn)行工具,水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組主要是由以下三個(gè)部分共同組成:發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、調(diào)速器。其中,以發(fā)電機(jī)機(jī)組為主,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子材料一般是采用的環(huán)氧型無溶劑,同時(shí)表面涂抹了絕緣漆。由于該類型的絕緣漆很容易受到溫度的影響,導(dǎo)致絕緣漆脫落。水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組在長期運(yùn)行的情況下,其負(fù)荷力將不斷增加,則會(huì)導(dǎo)致表面溫度上升,造成轉(zhuǎn)子絕緣性能降低,很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)子絕緣故障,最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)因溫度過高,造成破壞而無法正常運(yùn)行[1]。

        在當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展過程中,對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子材料進(jìn)行了改變,采用了不飽和聚酯絕緣漆材料,該材料具備極高的抗高溫性能,不容易發(fā)生變形情況,即便發(fā)電機(jī)機(jī)組在長期運(yùn)行的情況下,也不會(huì)受到溫度因素影響造成絕緣漆出現(xiàn)脫落或者轉(zhuǎn)子變形情況,有效提高了發(fā)電機(jī)機(jī)組的絕緣性能。但是該材料轉(zhuǎn)子在長期使用下,絕緣性能會(huì)有所降低,當(dāng)絕緣組織降低到0時(shí),發(fā)電機(jī)如果依舊可以保持預(yù)想狀態(tài),那么則會(huì)受到高電壓因素影響,造成發(fā)電機(jī)內(nèi)部繞組出現(xiàn)嚴(yán)重短路情況,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)放電問題,嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。

        3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣故障原因分析

        3.1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受潮

        發(fā)電廠位置環(huán)境濕度相對較大,發(fā)電機(jī)機(jī)組在運(yùn)行的過程中很容易受到空氣中所含有的水分影響,對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣造成侵蝕情況,一旦發(fā)電機(jī)在靜止的狀態(tài)下,空氣中的水分會(huì)自然落在發(fā)電機(jī)表面當(dāng)中,對發(fā)電機(jī)電子絕緣造成嚴(yán)重影響。另外,在對該故障分析的過程中,水電廠發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間相對較長,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)現(xiàn)需停機(jī)情況,一旦發(fā)電廠對發(fā)電機(jī)有著明確的規(guī)定,發(fā)電機(jī)在停止運(yùn)行的過程中,停機(jī)時(shí)間長達(dá)10h左右,為了保障發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行,則需要發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行1h左右才可暫停發(fā)電機(jī)運(yùn)行。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣性能逐漸降低的情況下,發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行效率會(huì)得到提升,但對發(fā)電機(jī)整體運(yùn)行質(zhì)量會(huì)造成嚴(yán)重影響[2]。

        3.2 油霧影響

        發(fā)電機(jī)機(jī)組中所包含的油管路相對較多,其中包含了上導(dǎo)管路、下導(dǎo)管路以及推力油管路,甚至還包含了水導(dǎo)油槽等。如果其中一條油管路出現(xiàn)了油槽密封不嚴(yán)的情況下,將會(huì)出現(xiàn)大量油霧,甚至在發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過程中會(huì)出現(xiàn)大量滲油的情況,對發(fā)電機(jī)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行將會(huì)造成嚴(yán)重影響。此外,發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的過程中,油霧受到機(jī)組溫度以及風(fēng)轉(zhuǎn)的影響下,會(huì)吸附在發(fā)電機(jī)機(jī)組的表面當(dāng)中,其中就包含了轉(zhuǎn)子線圈表面,在發(fā)電機(jī)長期運(yùn)行下,周圍粉塵會(huì)受到壓力影響,吸附在油霧表面,造成轉(zhuǎn)子線圈表面會(huì)呈現(xiàn)出大量的塵埃。

        同時(shí),也會(huì)增加轉(zhuǎn)子的受潮度,最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。出現(xiàn)該故障的主要原因就是在發(fā)電機(jī)設(shè)備安裝的過程中,工作人員并未對油管路油槽進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測,對油槽未采取密封措施,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行的過程中,油霧散發(fā)量逐漸增多,最終造成轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。

        3.3 機(jī)組振動(dòng)擺度影響

        發(fā)電機(jī)機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行的過程中,會(huì)出現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象,通過相應(yīng)監(jiān)測測量,發(fā)電機(jī)擺度測量數(shù)據(jù)結(jié)果,可以對發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行穩(wěn)定情況加以了解。如果在測量的過程中,發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí),振動(dòng)頻率超出實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)的情況下,則會(huì)說明發(fā)電機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)了問題,會(huì)導(dǎo)致機(jī)組滑環(huán)位置擺動(dòng)較大,會(huì)增加碳刷磨損程度。另外,機(jī)組振動(dòng)擺度頻率愈加的情況下,則說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極振動(dòng)頻率會(huì)有所增加,對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣會(huì)造成嚴(yán)重影響。對該故障因素進(jìn)行分析的過程中,主要是由于在進(jìn)行發(fā)電機(jī)盤車監(jiān)察的過程中,并未對發(fā)電機(jī)抽線與軸承間隙進(jìn)行合理調(diào)控,導(dǎo)致間隙為控制在定制范圍內(nèi),從而造成發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的過程中,出現(xiàn)了擺動(dòng)頻率較大的影響因素。

        3.4 轉(zhuǎn)子絕緣老化

        發(fā)電機(jī)在長期運(yùn)行的情況下,轉(zhuǎn)子會(huì)高速轉(zhuǎn)動(dòng),會(huì)產(chǎn)生出大量的熱量,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子周圍溫度不斷增加。如果轉(zhuǎn)子絕緣材料長期處于高溫環(huán)境下,對轉(zhuǎn)子絕緣材料造成嚴(yán)重影響,導(dǎo)致材料質(zhì)量降低,最終會(huì)逐漸與轉(zhuǎn)子脫落,造成轉(zhuǎn)子絕緣電阻阻值降低。在對該故障問題進(jìn)行分析的過程中,發(fā)電機(jī)在長期運(yùn)行的情況下,軸承部位溫度以及定子線圈溫度會(huì)逐漸增加,空冷器出風(fēng)溫度也會(huì)逐漸增加。雖然每年對發(fā)電機(jī)都會(huì)進(jìn)行檢測維修,但在檢測過程中,很容易忽視轉(zhuǎn)子絕緣檢測性能,最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。為此,工作人員在檢修工作開展中,應(yīng)當(dāng)利用相應(yīng)的檢測儀,做好轉(zhuǎn)子以及其余部件的檢修工作[3]。

        3.5 轉(zhuǎn)子回路設(shè)備絕緣破壞

        發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的情況下,一旦勵(lì)磁系統(tǒng)直流回路出現(xiàn)電纜絕緣材料破損,或者金屬異物與發(fā)電機(jī)接觸的情況下,會(huì)對轉(zhuǎn)子線圈造成一定的破壞,最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。在出現(xiàn)該情況時(shí),發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)警報(bào),但也會(huì)增加周圍電壓強(qiáng)度,造成機(jī)組自動(dòng)停機(jī)問題。通過該故障問題分析,發(fā)電轉(zhuǎn)子絕緣能力降低后,轉(zhuǎn)子瞬時(shí)接地并未發(fā)生故障,而且機(jī)組也為發(fā)生跳閘的情況,隨后在檢測中,發(fā)現(xiàn)部分電纜由于在長期使用下,表面絕緣材料出現(xiàn)了破損情況,部分位置出現(xiàn)了嚴(yán)重的脫落情況,從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí),對轉(zhuǎn)子線圈造成了嚴(yán)重的質(zhì)量影響,最終出現(xiàn)轉(zhuǎn)子絕緣問題發(fā)生。工作人員對水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)行全面檢測,對電纜絕緣破損情況以及金屬異物接地全面檢測,避免對轉(zhuǎn)子絕緣材料造成破壞,以此解決該問題。

        3.6 集電環(huán)碳粉堆積

        在發(fā)電廠集電環(huán)室中,水輪機(jī)組在運(yùn)行的過程中,集電環(huán)會(huì)與電刷滑動(dòng)之間相互接觸,從而導(dǎo)致勵(lì)磁電流會(huì)轉(zhuǎn)送到勵(lì)磁繞組當(dāng)中,集電環(huán)與電話之間滑動(dòng)幅度不斷增加,那么二者之間的摩擦力也會(huì)逐漸增加,并會(huì)生成大量碳粉,在長時(shí)間環(huán)境下,會(huì)導(dǎo)致集電環(huán)以及刷架等堆積大量的碳粉,最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣性能降低。在對該故障進(jìn)行分析的過程中,主要就是由于在發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過程中集電環(huán)絕緣支撐部位,與刷架絕緣支撐部位,存在大量的粉碳堆積情況,從而導(dǎo)致造成發(fā)電機(jī)運(yùn)行溫度不斷增加,最終影響了轉(zhuǎn)子絕緣材料性能,造成轉(zhuǎn)子絕緣材料阻值降低[4]。

        4 轉(zhuǎn)子絕緣故障處理分析

        4.1 碳粉堆積原因分析

        4.1.1 集電環(huán)絕緣

        由于集電環(huán)支撐絕緣距離相對較短,整體支撐高度相對較低,形狀主要以凹型為主,但在實(shí)際運(yùn)行的過程中,由于摩擦幅度相對較大,造成磨損的碳粉逐漸增加,造成碳粉堆積在凹型的絕緣支撐當(dāng)中,最終導(dǎo)致碳粉堆積逐漸增加,導(dǎo)致碳粉在集電環(huán)與表之間形成了通道,最終造成集電環(huán)絕緣電阻逐漸降低,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行溫度增加,造成轉(zhuǎn)子絕緣性能降低,從而對發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響。

        4.1.2 集電環(huán)原因

        在發(fā)電廠機(jī)組中,會(huì)在機(jī)組表面涂刷碳刷抹面,但部分機(jī)組碳刷抹面相對較為粗糙,甚至部分機(jī)組表面存在大量的溝槽,工作人員用手觸摸,可以感覺到機(jī)組表面有明顯的不平滑感覺,但一般情況下,機(jī)組表面所涂刷的抹面要保持鏡面平滑度,整體較為光滑,這也就說明了發(fā)電廠水輪機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行的過程中,存在集電環(huán)水平度,而且表面出現(xiàn)圓跳動(dòng)阻值,集電環(huán)表面粗糙度相對較大,最終造成碳刷磨損程度增加造成碳粉增多。

        4.2 處理措施

        工作人員在實(shí)際檢修的過程中,如果發(fā)現(xiàn)集電環(huán)碳粉堆積相對較多的情況下,工作人員則需要做好清理工作,提高轉(zhuǎn)子絕緣材料阻值,不過該方式只能夠暫時(shí)解決轉(zhuǎn)子絕緣問題,無法有效解決,為此則需要做好以下處理工作,以此將該問題全面解決。

        4.2.1 集電環(huán)改造

        一是做好加工處理工作,在安裝集電環(huán)時(shí),確保集電環(huán)在運(yùn)行中,振動(dòng)值達(dá)到實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)要求。二是對集電環(huán)表面粗糙度加以控制,避免出現(xiàn)表面粗糙度嚴(yán)重,造成碳刷磨損程度增加,最終導(dǎo)致出現(xiàn)大量碳粉,以此降低集電環(huán)絕緣性能。三是在機(jī)組運(yùn)行的過程中,集電環(huán)溝槽棱角部位很容易受到設(shè)備磨損情況,從而造成大量碳粉出現(xiàn),為此可以量集電環(huán)溝槽制作成圓形。四是為了避免碳粉在飄落的過程中,集中在集電環(huán)之間的間隙,那么可以將集電環(huán)密封,使其保持在密封空間,并且集電環(huán)之間的間隙,需要利用擋風(fēng)板密封,從而促使碳粉飄落在擋風(fēng)板中。

        4.2.2 刷架的改造

        一是重新優(yōu)化布置刷握位置,將其安裝在吸塵口前端部位,或者遠(yuǎn)離吸塵口,增加吸塵口抽風(fēng)量,提高抽風(fēng)速度,促使將機(jī)組中所飄落的碳粉全部排出。二是增加吸風(fēng)口數(shù)量,并將吸風(fēng)口結(jié)構(gòu)加以轉(zhuǎn)變,制作成喇叭口,在增加風(fēng)量的同時(shí),也能夠提高吸塵能力,有效收集碳粉(如圖1所示)。三是刷架。在刷架上端絕緣位置處,爬電距離相對較短,所以可以增加絕緣套,實(shí)施側(cè)面開溝槽方式,以此增加爬電距離。四是在集電環(huán)下導(dǎo)電環(huán)、上導(dǎo)電環(huán)未支出,安裝毛刷?;蛘甙惭b集塵擋板,對集電環(huán)密封的情況下,可以收集碳粉,防止碳粉出現(xiàn)飄落的情況。

        圖1 吸風(fēng)口優(yōu)化對比

        4.2.3 碳粉收集裝置及管路優(yōu)化

        一是及時(shí)更換設(shè)備裝置。選擇功率大、質(zhì)量好的除塵風(fēng)機(jī),同時(shí)將過濾袋更換為過濾桶,增加碳粉過濾面積,更好收集過濾粉。二是連接除塵器以及吸風(fēng)口,做好改建,優(yōu)化設(shè)備除塵效果。

        4.3 處理效果

        發(fā)電站機(jī)組發(fā)電機(jī)中,集電環(huán)在堆積大量的碳粉情況下,可以對其定期進(jìn)行清掃,以此提高轉(zhuǎn)子絕緣性能。同時(shí)利用以上相應(yīng)的處理方式,能夠有效減少發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中,所產(chǎn)生的碳粉量,有效增加了碳粉收集效果,解決了碳粉堆積問題,避免造成發(fā)電機(jī)運(yùn)行溫度增加,影響轉(zhuǎn)子絕緣效果,有效減少了轉(zhuǎn)子絕緣故障。

        5 結(jié)語

        綜上所述,發(fā)電機(jī)機(jī)組在運(yùn)行的過程中,要想保障發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性,則需要控制好轉(zhuǎn)子絕緣性能,避免轉(zhuǎn)子出現(xiàn)絕緣故障,造成發(fā)電機(jī)無法運(yùn)行,最終導(dǎo)致發(fā)電站無法生產(chǎn),造成經(jīng)濟(jì)虧損。為此做好發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障分析工作,合理做好處理工作,以此保障發(fā)電子轉(zhuǎn)子絕緣性能,為發(fā)電站進(jìn)一步發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

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