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芭蕉河电厂3号发电机转子绝缘降低原因分析与处理

2025-05-06 68 上传者：管理员

摘要：针对芭蕉河电厂3号发电机转子绝缘性能降低问题，根据该机组结构及现场安装环境，分析了造成转子绝缘降低的原因，通过磁极绝缘处理和滑环表面抛光处理，有效地解决了因碳粉、油泥引起的绝缘下降快的问题。

关键词：
发电机组
滑环
碳粉
转子结构
转子绝缘
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转子结构包括转轴､磁轭､磁极和风扇等部件,磁极用鸽尾和斜键与磁轭连接｡磁极线圈为扁铜排绕制,用玻璃坯布作匝间绝缘,上､下托板与线圈热压成整体,绝缘等级为F级,绝缘性能可靠,沿磁极轴向方向设有极间撑块,降低了线圈的侧向应力｡风扇为弧形斗式风扇,装在转子两端,机组运行时将冷风打入发电机内,冷却绕组和铁芯｡许多电厂由于种种原因会有集电环碳刷磨损严重､碳粉较多的问题;开､停机,制动时飞轮与刹车盘产生的粉末多,尤其是刹车产生的粉末中含有金属元素,伴随着机组运行产生的气流,进入到发电机内部,从而导致转子绝缘下降快,芭蕉河3号机组绝缘下降属此类问题,针对此种情况,经过分析处理,解决了转子绝缘低的问题｡

1、机组介绍

本机组主要参数:型号:SFW1000-/1180､额定容量:1250kVA(1000kW､额定电压:10.5kV､额定电流:68.7A､功率因数:0.8滞后､频率:50Hz､相数:3､定子绕组接线:Y､绝缘等级(定子/转子):F/F､额定励磁电流:274A､额定励磁电压:44V､旋转方向(从集电环端看):顺时针方向额定转速:1000r/min､飞逸转速:1961r/min,本机为卧式自然通风空气冷却的同步水轮发电机｡径向轴承､径向推力轴承2道轴承,发电机部分设计有风洞,风洞设计在径向轴承与推导轴承之间,位于发电机的正下方,风洞上平面与地面齐平,发电机采用自然通风方式｡冷风从机座两端进入发电机,冷却发电机后从机座壁上出风口排到厂房内｡磁极线圈为扁铜排绕制,用玻璃坯布作匝间绝缘,上下托板与线圈热压成整体,绝缘等级F级,绝缘性能可靠,沿磁极轴向方向设有极间撑块,降低了线圈的侧向应力｡风扇为弧形斗式风扇,装在转子两端,机组运行时将冷风打入发电机内,冷却绕组和铁芯[1-2]｡

2、故障排查

该电厂3号机组在例行检修时,对转子进行绝缘试验,测量转子绝缘数据为0.07MΩ,与电力设备预防性规程DL/T596-2021(绝缘电阻值不应低于0.5MQ,否则应查明原因并消除)0.5MΩ要求相比,转子的绝缘不符合规程的要求,根据转子的结构,判断可能引起绝缘降低的原因:

1)励磁电缆绝缘｡①外包绝缘层:励磁电缆外包绝缘层因过热造成老化､脱落,引起转子绝缘电阻降低｡②励磁接头:接头附着碳粉或积灰导致转子绝缘电阻降低｡

2)碳刷架及滑环绝缘｡①油雾附着:油温过高引起热膨胀现象,使溶入油中的水分汽化产生油雾;零部件老化或检修安装工艺等引起油槽密封不严,油槽内外的气压差使油槽内的油雾溢出,油雾附着在碳刷架及滑环表面加剧了碳粉吸附｡②碳粉堆积过量引起绝缘电阻降低:碳刷架及滑环的支撑绝缘子破损或安装工艺不达标,导致滑环与固定螺栓之间间隙增大,随着机组运行碳粉不断堆积,导致绝缘持续降低｡

3)转子本体绝缘｡①大轴引线:大轴引线在装配或运行时与大轴摩擦时造成绝缘层破损,随着表面附着碳粉造成绝缘下降｡②转子线圈:转子线圈脏污､受潮,造成转子绝缘电阻下降[3]｡

分别测量发电机的励磁电缆､碳刷架､滑环､转子本体与大轴引线的绝缘,得到的试验数据如表1所示,根据电力设备预防性规程DL/T596-2021(绝缘电阻值不应低于0.5MQ,否则应查明原因并消除),转子本体与大轴引线的绝缘不符合规程要求,其余部位数据符合规程要求,于是对转子本体与大轴引线的绝缘低的问题进行单独分析､处理｡

表1碳刷架､滑环､转子本体､励磁电缆绝缘电阻测试数据

用电气专用清洗剂对转子磁极表面进行清洗,干燥后测得转子绝缘数据0.07MΩ,绝缘电阻不合格,排除转子绝缘低非表面脏污所致｡

对机组转子绕组使用直流焊机进行干燥,整体干燥时间为22h,干燥完成冷却后,测量绝缘电阻0.205MΩ,绝缘电阻不合格,由此判断转子绝缘电阻降低并非是因为转子受潮所致[4]｡

排除以上两种原因后,解开励磁电缆,吊出转子,将所有磁极间连接解开,拆除磁极间支撑块,用电气专用清洗剂冲洗干燥后,测量单个磁极绝缘电阻数据如表2所示,绝缘降低并非大轴引线､极间连接和极间撑块脏污导致｡

表21-6号磁极与大轴间的绝缘电阻试验结果

逐一分析,层层推进,判断转子绝缘低是由于转子线圈与铁芯间内衬绝缘材料脏污损坏｡

3、原因分析

根据该机组结构及现场安装环境分析,造成转子内衬绝缘材料脏污损坏的粉尘､油雾､冷凝水介质产生的来源主要有以下几个方面:

1)碳刷的品质,滑环接触面不光滑｡本次检修发现滑环表面存在密集坑洼､麻点｡由于滑环与碳刷接触表面长期运行磨损后接触电阻增大,碳刷因接触电阻增大导致发热严重,碳刷碎裂或膨胀卡涩｡运行时有打火现象,碳刷打火和电弧的高温会造成碳刷的氧化,造成接触情况不断恶化,最终形成环火现象,导致集电环接触面烧蚀不光滑,运行时产生的碳粉较多[5]｡

2)停机制动时飞轮与刹车盘产生的粉末｡刹车粉末中含有金属元素,伴随着机组运行产生的气流,进入到发电机内部,从而导致转子绝缘下降快｡

3)径向轴承端面密封间隙过大产生的油雾｡在发电机运行过程中,机组运行时轴承油温升高,导致轴承油槽内的热油随转子旋转而翻腾,产生的油雾容易排出来､形成油雾､渗油等｡

4)冷凝水形成的水气｡当管道内的低温冷凝水与周围高温高湿的空气接触时,管道外壁温度低于空气的露点温度,空气中的水蒸气会在管道外壁凝结成水滴,冷凝水滴落聚焦会造成地面水渍,局部形成潮湿环境,长期暴露在潮湿环境中发电机转子绝缘材料会受到侵蚀,导致绝缘性能下降｡

综上所述,转子线圈套在铁芯上,线圈与铁芯通过环氧树脂板及辅助材料隔离开来,磁极通过绝缘垫板和云母带与磁轭隔离,机组在旋转过程中,转子的旋转,转子风扇旋转叶片会产生强劲的气流,会把滑环产生的碳粉､停机时刹车与飞轮摩擦产生的粉尘､冷凝水､油雾吸入到发电机的内部,吸入内部的粉尘､水汽､加上油雾的影响更加容易附着在发电机的内部形成污垢,其中的一部分污垢渗入线圈内衬与铁芯的缝隙处､经过长时间的聚集,导致转子线圈绝缘降低｡

4、故障处理

4.1磁极绝缘处理

4.1.1线圈匝间绝缘垫制

1)对匝间绝缘进行垫制,用低压气对转子进行清洁后,拆下磁极,分离线圈与铁芯及附件,清洁所有的配件,把线圈放入退火炉,升温至600℃保持2h让匝间绝缘碳化,待冷却后去除线圈匝间绝缘材料,打磨铜线毛刺及绝缘材料残余｡

2)处理好的线圈,放到垫制匝间绝缘专用的支架上,线圈匝间用3层厚度0.112mm玻璃纤维坯布(白色)垫制,在上､下绝缘垫板与线圈接触面间用1层TJ2942环氧适形毡垫制,垫制完成后把线圈外模套上,锁紧外模螺栓,调整好线圈两侧的调整块｡装配模的上盖板,锁紧外模盖板螺栓｡外模锁紧后整理好内垫,放上耐200℃高温的塑料膜,套好内模,内模铁楔稍微打紧后把放进干燥箱进行热压预压,预压温度控制在180℃保持2h｡

3)打开干燥箱外模把螺丝紧固到位,内模铁楔紧到位,外模侧面调整板螺丝紧固到位进行热压,热压温度控制在180℃保持4h后停止加热,热稳定16h完成热压工序｡热压完成后对线圈的内､外壁多余的绝缘材料进行刮､削､打磨｡

4)完成后对线圈进行匝间绝缘和匝间冲击试验数据符合规范的要求｡

4.1.2线圈内衬绝缘垫制

1)线圈匝间绝缘垫制完成后,在线圈内侧涂室温固定胶,靠近垫板处垫制环氧适形毡,缠绕云母带加以固定,用6层玻璃纤维坯布和6层DMD油浸布(F级绝缘)交互叠加,在线圈内侧进行垫制,垫制时要头､尾进行交替垫制,内衬垫制完成后,用耐高温塑料膜进行缠绕,内衬垫制完成后套外膜锁紧螺栓,把外模调整板紧固好,套好内膜把铁楔装好,稍微打紧加热至200℃温度预热2h,预热完成后,把外膜紧到位,调整板紧固到位,把内膜铁楔打到位,关闭干燥箱进行热压,定形热压180℃保持4h停止加热,热稳定16h,热压完成后脱膜,对匝间绝缘用2021V,5s进行冲击试验,波形成正弦波,试验数据合格符合规程要求｡

4.1.3线圈与铁芯绝缘制作

1)把线圈套装到铁芯上,根据线圈和铁芯的缝隙的尺寸,裁剪好环氧树脂板,把线圈与铁芯间缝隙调整均匀,先用2片厚3mm的绝缘板插到两端,然后再用薄的绝缘板进行填充,再用相同的方法把两侧填充好,填充完成后对磁极进行干燥,干燥结束后,磁极线圈放进装有189绝缘漆池中浸透绝缘漆｡

2)绝缘漆干透后,把环氧适形毡裁成不同形状大小的块,对线圈与铁芯间的缝隙用188环氧适形毡进行填充,填充后细小缝隙采用环氧灌注胶进行填充｡

3)填充灌注胶后进行干燥,干燥后打磨､磁极连接部位缠绝缘胶带进行防护,对六个磁极整体喷188绝缘漆,从根本上解决在不良工况下油､水､碳粉及灰尘介质进入线圈内衬和铁芯缝隙导致转子线圈绝缘降低的问题｡

此次处理在传统工艺的基础上增加了内衬绝缘垫制､线圈与磁极间浸绝缘漆､灌注绝缘树脂等新工艺,使线圈与铁芯形成一个整体,从根本上解决油､水､碳粉及灰尘介质进入线圈内衬和铁芯缝隙导致转子线圈绝缘降低的问题,增强了磁极绝缘的可靠性｡

4.2滑环处理本次检修发现定､转子表面碳粉污染严重,经检查发现滑环表面凹凸,对滑环进行了维修,更换了绝缘附件,对滑环接触面进行抛光｡

4.3处理后数据对比线圈绝缘垫制完成后,按照图纸的要求回装转子磁极､极间连接､励磁电缆,转子动平衡试验合格后,对转子进行了相关电气试验,数据如表3所示｡

表3转子绝缘测量

检修后对转子进行了测量,数据为6800MΩ,符合电力设备预防性规程DL/T596-2021要求,数据合格｡

5、结语

该厂3号机组维修后,运行工况良好,提高了机组运行的安全性和稳定性｡转子绝缘处理在传统工艺的基础上增加了多道新工艺,采取了有效预防措施防止转子绝缘降低｡

参考文献: