故障实例分析处理
摘 要: 结合桑河二级水电有限公司（以下简称桑河公司）发电机转子、集电环、电刷部件在运行过程中发生的几起故障实例，总结出发电机转子绝缘电阻降低、碳刷磨损较快、集电环温度过高，碳刷引线打火等问题的根本原因，并提出了针对性的解决办法。
关键词: 灯泡贯流式水轮发电机；发电机转子；集电环；碳刷 1. 概述
桑河二级水电有限公司设有8台50 MW灯泡贯流式水轮发电机组。水轮发电机型号为SFWG50-48/6850,额定容量为58.82 MVA/ 50MW，额定电压 10.5 kV， 额定电流3234A ，额定转速125r/min，额定励磁电流：1050A，额定励磁电压385V。
集电环装置主要由转子集电环、刷架、碳刷、引线等组成，机组允许转子集电环和碳刷表面最高温度不超过120℃。转子集电环是集电环装置的主要组成部分，与集电环接触的碳刷将励磁电流导人水轮发电机转子形成磁场。因加工及安装精度、维护质量等影响，集电环存在凹凸不平，引起碳刷磨损较快，碳粉堆积较多，引起转子绝缘电阻降低等异常现象，严重时导致机组停机事故。
1.
转子绝缘低情况分析与处理 1.
碳粉堆积引起转子绝缘降低情况分析与处理
2018年9月15日，桑河水电公司7号机组转子接地保护装置显示转子接地电阻为24.92 kΩ，根据DL/T596-1996标准要求转子绝缘电阻需大于0.5MΩ，电站剩余7台机转子接地电阻均为655kΩ左右。继续观察至9月20日转子接地电阻值降低至19.638 kΩ，呈逐步下降趋势。进一步检查发现发电机舱内滑环等部件表面均落有一层碳粉。停机检查发现集电环表面有焊瘤存在，造成滑环表面凸起不够平整详见下图。在转子转动过程中，每转动一圈与集电环上焊瘤接触过的碳刷都将承受较其它地方更大的摩擦力，造成碳刷摩擦面形成一道凹槽，详见下图，且所有碳刷磨损量都超出标准要求，超过了碳刷总长度的1/3。
碳刷磨损产生的碳粉堆积在集电环正负极及其绝缘支撑件表面，使得与周围接地体原本应该绝缘的部件表面形成了一层薄薄的带电体，使得泄露电流增大，绝缘电阻降低，且随着碳粉堆积的越多，其泄露电流越大，绝缘电阻越小。
针对转子集电环不平整，碳刷磨损快，碳粉堆积多引起的绝缘降低，使用刀口尺沿着滑环表面进行平整度检查，发现有凸出的部位，使用油石对集电环进行打磨，并用金相砂纸进行抛光，使表面粗糙度达到要求。
另，造成碳粉堆积较多的原因为集电环集尘罩在投产初期没有安装，造成发电机碳粉回收装置系统密封性较差，无法将产生的碳粉及时收集。造成大量碳粉堆积在集电环上。因此必须保证发电机滑环集尘罩的完整性和密封性。
经验总结：发电机转子碳粉堆积严重将造成绝缘降低，运行过程中定期清洁发电机滑环室内碳粉，发现碳粉吸尘装置损坏及时处理，保证滑环表面干净整洁。发电机集电环安装前严格按照工艺要求检查集电环平整度，集电环表面不平整将加速碳刷磨损速度影响运行安全。
1.
环境空气湿度大引起转子绝缘降低情况分析与处理
桑河公司发电机在机组停机备用或检修超过约15天，其转子绝缘电阻下降较多，十五天前后对比（修前、修后）绝缘电阻下降明显。修前绝缘数据R15s为565MΩ，R60s为1308MΩ。经历15天机组检修修后试验数据为R15s为0.72MΩ，R60s为0.799MΩ。看出发电机转子绝缘电阻随着停机时间的增加有明显的降低趋势。分析原因为桑河水电公司所在的柬埔寨地区属于热带气候，气候环境常年高温高湿，且受灯泡贯流式机组结构特点影响较大，具体如下。
其一，从外界至发电机舱灯泡头内部，仅有发电机进人筒这唯一通道，见下图。灯泡头及风洞内环境相对密闭，机组在运行期间，轴流风机强制往风洞内通风，加之发电机转子高速转动，加强空气流通，风洞内空气湿度不大。机组停机备用或检修时，失去了强制通风的原动力，风洞内湿度骤增，导致发电机绝缘受潮。
其二，灯泡贯流式机组发电机定子机座下游侧与管型座联接，上游侧通过冷却套与灯泡头连接。定子机座外侧直接组成了流道的一部分，日常运行时，水流经过发电机定子机座外侧，见下图。灯泡头内壁和风洞内腔表面温度低，但内部的空气温度高，在机座表面形成冷热交替的分界面，结露现象严重，加速了外部的湿气进入并凝结成水露。灯泡头和发电机风洞内腔无法完全密封隔绝外部环境潮湿的空气。检修期间虽然流道里面的水全部排出，但流道内空气湿度仍然较大，使得发电机舱内环境湿度相对较大65%左右。长时间运行导致发电机转子受潮。
针对以上情况采取以下措施解决。
首先，在机组检修期间应外接风机对发电机舱内进行强力通风保证发电机舱内部干燥。机组检修结束时对发电机定转子进行通风干燥，包括开启加热器和轴流风机强力通风以及发电机并网前空转干燥。
具体方法为，将发电机转子中心体上的三台加热器打开（加热器容量：1kW/220V），六台轴流风机打开（轴流风机型号：30kW/400V），通过轴流风机向发电机定转子吹热风对发电机定转子进行干燥。经干燥三个小时后定转子绝缘逐步恢复。R15s由干燥前的1.18MΩ上升到95MΩ，R60s由干燥前的1.3MΩ上升为139.2MΩ。
经验总结：发电机停机备用超过 15 天，开机前应对发电机转子绝缘进行检查，使用 500V 兆欧表 测量绝缘不小于 0.5MΩ，绝缘合格后方可开机。机组长时间停机，每 7 天轮换开机。
其次，要解决发电机本体受潮导致绝缘降低的问题，最直接有效的方法是改善风洞内的环境温度、湿度。桑河公司在EL51.00m层（发电机定转子基础高程往上一层）布置大型除湿送风装置，当机组停机或检修期间，通过管道输送干燥并冷却的空气进入发电机风洞内，以达到改善发电机风洞内腔的环境温度、湿度。
1. 结束语
桑河二级水电站的灯泡贯流式机组所在的柬埔寨地区属于热带季风气候，环境温度高、湿度大，机组设备日常运行中存在较多温度高、绝缘低的情况。本次结合日常运行维护过程中发现的真实案例，分析了造成发电机定转子绝缘降低、滑环碳刷磨损较快等问题的具体原因及成功解决方法，为行业内同类型机组的同类型问题的解决提供了借鉴经验。
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