灯泡贯流式发电机组转子绝缘降低的原因分析与处理

曾作朋

【摘 要】2008年至2012年，湖南湘江近尾洲水电站、大源渡水电站及湖南资江马迹塘水电站的贯流式发电机组陆续出现转子绝缘过低的一个现象。因当时承接这些机组的检修任务，针对此问题进行了深入的调查研究、原因分析、并综合现有的处理技术后采用了一种绝缘清洗剂对转子磁极进行清洗的新工艺与新方法并结合机组碳刷室碳粉排出装置的改造，处理后效果良好。

【关键词】贯流式；发电机；转子；磁极；绝缘；新工艺；新方法

一、前言

近尾洲水电站位于湘江中游，地处衡南、常宁、祁东、祁阳四县交界处，距衡阳市公路75公里，安装有三台由奥地利制造的灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量为21.06MW， 总装机容量63.18 MW， 设计年发电量2.92亿千瓦时。

大源渡水电站位于湘江下游的衡阳市衡东县、衡山县分界处，安装由奥地利制造的灯泡贯流式水轮发电机组4台，单机容量30MW灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量120MW，多年平均年发电量5.85亿kWh。

马迹塘水电站位于湖南省资水干流下游桃江县马迹塘镇尹家湾组，上游距拓溪水电站86km，下游距桃江县城43km。水电站装有3台灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量1.85万kW，总装机容量5.55万kW，年发电2.78亿千瓦时。

2008年至2012年之间湖南湘江近尾洲水电站、大源渡水电站及湖南资江马迹塘水电站的贯流式发电机组陆续出现转子绝缘降低的现象。

以下以近尾洲水电站#1机组为例进行介绍。

二、现象描述

2008年年中开始近尾洲水电站#1发电机组转子绝缘呈现逐月大幅下降态势、到2009年年初，转子整体绝缘已下降至0.2-0.3兆欧之间（2008年06月-2009年02月转子绝缘数据见表1），严重影响了机组稳定可靠运行。

三、原因分析

2009年2月12日在进行机组维保中发现转子绝缘仅为0.2兆欧，对滑环、磁极引线绝缘支撑等部进行清扫并拆开磁极引线对引线、滑环、转子磁极分别进行了绝缘检测，结果发现引线、滑环绝缘均大于200 兆欧，而转子磁极仍然为0.2 兆欧；接着对磁极进行了全面的清扫，并投入加热器一晚后绝缘仅上升为0.3 兆欧，在22日晚机组停机后再次检测绝缘结果为0.3-0.4 兆欧，23日上午复测还是没有变化。23-25日对转子进行升流烘潮，定子电流控制在额定1250A，机组运行10小时，停机检测转子绝缘为0.5兆欧；转子经烘潮绝缘达到投运标准，机组开机并网运行。但随后一周在机组停机状态下对其进行绝缘监测发现，转子绝缘再次降至0.2-0.3 兆欧之间。

后在2009年03月的机组检修中，转子处理前进行检测时，转子绝缘已不到0.1兆欧，低于40 兆欧的多达50多个。（按照相关规程的要求发电机组转子绝缘不应小于0.5 兆欧，转子有80个磁极，按理论折算到单个磁极应高于40 兆欧。）转子整体、单个磁极绝缘数据分析：绝缘低的磁极位置分布零散，没有任何规律性，且数量多达2/3。

针对此问题的设备状况、处理的过程、采集的数据，进行了深入的研究与原因分析。并综合：机组在2004年的一次常规检修中发现机组内轴承渗油严重，当时机组转子与定子表面全是透平油，定子底部甚至还有大量的积油，当年在处理轴承渗油的缺陷后对定、转子上的积油进行了清理，但由于贯流式机组的特殊性，积油很难彻底清扫干净，很多油仍然残留在转子、定子的中间部位，无法清除。此后几年每次检修中仍然还会发现转子端部有油滴现象，并且整个机组内均有雾状透平油。另机组碳粉吸尘器效果不是很好，造成很多碳粉进入发电机内部无法排出，与残存的透平油结合形成一种碳泥状附着在转子的表面，与此同时发电机转子绝缘也呈现逐年下降的趋势。我们分析造成机组转子绝缘不合格的原因是：1）2004年渗油后的残存油在机组长期运行中逐步渗入部分磁极内部并与一些导电的粉尘附着在一起形成一种类似导电泥状的物质。加上潮气（湖南天气潮湿，潮气在贯流式机组内很难排出、特别是春秋河水水温与气温差别大的情况下）。是造成部分磁极绝缘快速下降的主要原因。2）机组碳粉吸尘器效果不是很好，在发电机转动时，碳刷产生的碳粉一部分没有被碳刷室的过滤器过滤掉，飘到灯泡头的空气中，通过空气流动带到转子上，造成转子积尘过多，是造成部分磁极绝缘快速下降的次要原因。

四、处理方法及过程

（一）用绝缘清洗剂对转子磁极进行清洗

1.作业前准备

（1）测量机转子单个磁极绝缘电阻，并做好记录，掌握每个磁极的绝缘情况，以便在全部冲洗时有针对性的重点清洗和检测。

（2）将清洗剂和空压机等在备用检修水泵电机上试冲洗正常后，在绝缘相对较低的磁极上进行冲洗，并检查冲洗的效果，单个磁极绝缘不低于40兆欧，则冲洗合格。

（3）转子磁极整体冲洗前对所有清洗用的工器具进行检查，检查空压机、干燥筒、喷枪和气管都正常可用，满足实际条件，并将气管用经干燥筒干燥后的压缩空气进行冲洗，使气管内无杂质和水分，清洗后将气管两端用干净的白布封闭裹好待用。

（4）所有参加冲洗的工作人员熟悉冲洗方法和空压机操作维护。

（5）将空压机和气管、干燥筒及临时电源安装在流道盖板处；连接两把喷枪，气管长度至灯泡头内的下风洞；清洗剂置于六道盖板处待用，数量按照3个磁极一桶备料。

（6）在灯泡体安装临时电源，打开在3处灯泡体通往灯泡头的人孔门盖板，并在2处人孔门口安装两台通风机，对灯泡头进行抽风。

2.处理条件

为防止转子在温度较高的条件下清洗：清洗作业时间应选择在机组停运三天后，转子温度与环温一致。流道内具备人工盘车、上下风洞的引风板已全部拆除、灯泡体已安装两台临时抽风机的条件下进行。

3.清洗程序和步骤

（1）现场布置安全措施，工器具准备就位，空压机置于流道盖板处。

（2）进行清洗前的发电机定子绕组的绝缘、吸收比、极化指数检测，转子的直流电阻检测，并做好记录。

（3）拆除上下风洞的引风板。

（4）按照每次清洗4个磁极为一组，将须进行所需清洗的一组磁极连接片拆开，摇测该组磁极整体绝缘并记录；再拆除单个磁极引线连接板，对照清洗前的单个磁极的绝缘记录进行再次摇测对比，确定单个磁极的绝缘和需要重点检查和清洗的磁极对象。

（5）定转子之间的间隙用干净干燥的塑料薄膜铺垫，长度应在8至10个磁极之间（施工人员在施工过程中活动的地方都要用布进行铺设，防止活动时损坏定子线棒）。

（6）接空压机、干燥筒和喷枪气管及清洗剂进液管，检查无漏气和漏液，绑扎处用海绵和白布包裹，防止在清洗移动喷枪过程中划伤定子线棒。

（7）清洗人员穿戴好防护用品，就位，同一组磁极清洗从上下风洞两侧同时进行清洗，将喷枪从定转子间隙间伸进，逐一进行清洗3-5遍。

（8）清洗完成后，用白布将磁极表面和塑料膜上的残渣、残液清理干净，并检查磁极有无异常，和腐蚀等异常现象。

（9）每一组磁极清洗完毕后撤离工作现场，待其挥发30分钟后检测每单个磁极绝缘不低于40兆欧（按照相关规程的要求发电机组转子绝缘不应小于0.5 兆欧，转子有80个磁极，按理论折算到单个磁极应高于40 兆欧。），并做好记录；若未达到时，应仔细检查该磁极外表和进行重点清洗后再次检查，还未达到合格值40兆欧时，则应进行其它检查，直至查出绝缘薄弱部位并进行相应的处理。

（10）连接该组磁极的连接片，对该组磁极的整体绝缘进行摇测，连接后的该组整体绝缘应达到10兆欧（按照相关规程的要求发电机组转子绝缘不应小于0.5 兆欧，转子有80个磁极，按理论折算到单个磁极应高于40 兆欧，每组4个，按理论折算到每组应高于10 兆欧。），否则，应再次冲洗挥发后检查，直至大于10兆欧。

（11）一组磁极清洗合格完毕后，清理清洗的残留物，检查定转子间隙之间有无异物，是否具备盘车的条件。

（12）用手电检查定转子之间无异物后（塑料膜不必抽出），3-4人在流道内手动转动导叶盘车至下一组待清洗的磁极。

（13）用同样的方法进行下一组磁极的清洗和检测。

（14）全部磁极清洗完毕后，检查磁极连接板已全部连接紧固，摇测转子整体绝缘为15兆欧，合格。工作结束，清理工作现场。

（15）现场清理完毕后，人员撤离发电机灯泡头工作现场，对发电机定转子进行试验检查，发电机进行绝缘吸收比、极化指数的测量，与清洗前无较大变化，转子直流电阻测量与连接板拆除前无明显变化后，清洗工作完成，拆除现场空压机、灯泡体的通风机和临时电源，装复灯泡体的人孔门盖板，装复发电机引风板。

通过用绝缘清洗剂对转子磁极进行清洗后，转子整体绝缘达到15 兆欧，将清洗前的单个绝缘数据与清洗后的单个绝缘数据比较，发现80个磁极绝缘数据明显大大上升，处理效果显著。

（二）碳刷室碳粉排出装置改造

用绝缘清洗剂对转子磁极进行清洗后6个月，对转子绝缘进行密切监视，发现绝缘仍然不够稳定，逐步呈现缓慢下降趋势（见表2）。分析是由于机组碳粉吸尘器效果不是很好，在发电机转动时，碳刷产生的碳粉一部分没有被碳刷室的过滤器过滤掉，飘到灯泡头的空气中，通过空气流动带到转子上，造成转子积尘（主要为导电的碳粉）逐步增加所致，所以在2009年09月决定再对碳刷室碳粉排出装置进行改造。

改造方法为在灯泡头外增加一台轴流风机，通过风管连接至机组原碳粉排出装置的风道上，此风机的启动条件与原碳粉排出风机一样，同时增加监控点同时对2台碳粉排出风机进行监控。

改造于2009年10月20日完成。改造后机组灯泡头内碳粉明显减少，然后再用绝缘清洗剂对转子磁极进行彻底清洗了一次。此后6个月连续监测机组绝缘，绝缘值一直稳定在30兆欧左右（见表3）。至此，得出转子绝缘低处理成功。

五、结束语

通过用绝缘清洗剂对转子磁极进行清洗并结合碳刷室碳粉排出装置改造后，转子整体绝缘一直稳定在30兆欧左右，处理效果显著。此方法后又在大源渡水电站、马迹塘水电站多台发电机组转子绝缘低的处理上得到了良好的应用与验证。