水轮发电机转子绝缘降低原因分析及处理

曾鹏飞

摘 要：针对某水电站发电机励磁回路绝缘降低的问题，从集电环表面问题、机组旋转摩擦程度、油槽通气窗设计等几方面进行了详细的分析，总结出了水轮发电机转子绝缘降低的原因，并提出了相应的解决方法，以期有效提高机组的运行效率。

关键词：水电站；水轮发电机；绝缘性能；发电机组

中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0136-02

水轮发电机组是该水电站中最重要的动力设备，水轮发电机组由水轮机、调速器和发电机组成。水轮机是将水流能量转变为机械旋转能量的设备，它利用水电站的水头和流量来做功。调速器可以调节水轮机的转速，以保证电能的频率质量，实现水轮发电机组自动开、停、变速、加减负荷、调相、成组控制、事故停机，达到机组安全、经济运行的目的。然而，该水电站自投产发电以来，多次发生发电机转子绝缘降低，严重影响了机组的安全、稳定运行，增加了机组的强迫停运次数，加大了设备的检修维护强度。为了使发电机机组安全、稳定地运行，本文对其绝缘性能的降低原因进行了深入探讨。

1 机组概述

某水电站1号机组和2号机组为大机组，装机容量都为35 MW，机组型号为SF35-24/5700。3号机组和4号机组为小机组，装机容量都为15 MW，机组型号为SF15-16/3800。大机额定转速为250 r/min，小机额定转速为375 r/min，机组转速比较快，导致碳粉磨损比较严重，该站首台发电机组于2013-01并网运行。

2 现象及异常分析

随着机组运行时间的推移，1号发电机（装机35 MW）转子绝缘状况不佳，绝缘强度难以保证机组的正常运行。停机后，用500 V摇表测量转子绝缘，发现阻值不到0.1 MΩ。维护人员发现发电机上机架盖板处、碳刷支架和滑环支臂处堆满了碳粉和油污的混合颗粒，随即对集电环室设备进行了擦拭清理，清理干净后测得转子绝缘大于500 MΩ，具备投运条件，1号发电机随即投入运行。在1号机组的正常停机过程中，发电机保护装置SDG833出现“失磁一时限保护”动作，机组立即开始电气事故停机流程，经维护人员对机组励磁系统检查后发现，转子绝缘对地阻值为0 MΩ，且发电机碳刷拉杆绝缘子和滑环支臂处堆满碳粉和油雾混合颗粒。

经过分析，总结上述现象出现的原因主要有：①检查1号机组发电机上下集电环表面，发现下集电环表面划痕较为严重，表面比较粗糙，光洁度不够，且有灼伤痕迹。碳刷没有破损、掉边、掉角等现象，磨损较为严重，碳粉最多。对比3号机组和4号机组，发现这2台小机组的碳刷磨损较少，且小机组转速比大机组转速高。因碳刷都是同一批次采购，说明碳粉多不是因为碳刷材质不满足要求，而是因为集电环表面粗糙而增加了碳刷磨损，使得碳粉增多。②1号机组发电机转子近2个月的上导X方向和Y方向摆度值在220 μm以内，上机架水平振动X和Y振动值以及垂直方向的振动值在10 μm以内，各值都符合机组振摆在线监测要求，可排除由于转子振摆过大而导致碳刷磨损严重的可能性。③下集电环处和刷握处的碳粉堆积较严重，且碳粉已被油雾混合，具有吸附性。机组旋转摩擦产生的碳粉被滑环旋转带动的风力吹到碳刷支架及各部，且在此过程中混合了热油雾，使得转子绝缘降低。滑环室内的4个上导油槽通气窗管比延长段短，热油雾无法被挡在油槽中，导致大量油雾透过通气窗进入滑环室与碳粉混合。④1号发电机上导油槽出现过甩油现象。当时发现发电机转子和定子处有大量油迹，经检查发现，漏油是从发电机转子推力头内侧与油盆对接处溢出，检查上导油盆内推力头上部通气孔和接合轴瓦处通油孔，发现均未堵塞，上导油盆通气窗也未堵塞。分析甩油原因，是由于机组运行时，随着机组大转速运行，在转子与油盆对接空间内形成负压。由于存在负压，就要在上导油盆内吸气，以保证油盆内气压平衡。在油盆通气窗无法满足吸气要求时，油盆内的汽轮机油就会被吸出，造成1号机组甩油事故（如图1所示）。取出上导油盆盖与转子接缝处用压板压接密封的毛毡，以增大油盆通气量，破坏负压形成的真空，从而防止机组甩油现象的发生。但由于这种做法既增加了通气量，又降低了上导油盆密封效果，油盆内热油雾从该缝隙中挥发到滑环室，导致碳粉在碳刷支架等处堆积。⑤滑环室内的滑环和刷架处堆积碳粉较少，碳粉大部分掉落在油盆盖上。因小机发电机机罩外有玻璃罩子盖住（此玻璃罩子是为了发电机层美观而做的），所以滑环室窗口上方玻璃面上有油污现象。可分析出上岛油盆通气窗设计存在缺陷，通气窗延伸段较短，导致油雾从该窗口内溢出。⑥发电机上导油槽内的热油随转子轴旋转而翻腾，从而产生油雾。大量油雾从通气窗管内绕过挡油板的冷却阻挡进入滑环室，且与碳粉混合后形成吸附力较强的混合物。该混合物具备一定的导电性能，黏附在刷架拉杆绝缘子、集电环支撑绝缘子处，使带电部分与大地发生间接电气联系，造成绝缘下降。刷架、滑环支臂和支撑绝缘子处有较重的积污，致使发电机转子对地绝缘阻值严重下降，为发电机的安全、稳定运行带来隐患。而2台小机滑环室内的碳粉由于没有与油雾混合，碳粉随滑环高速旋转带动的气流吹走，碳刷架处很少堆积碳粉，因此，转子的绝缘性能良好。

在观察中发现，碳粉和油雾的混合颗粒使得滑环表面更加脏污，接触电阻同步增大，有些还黏附在刷握里，造成碳刷卡阻。这种滑环表面严重脏污和碳刷卡阻现象，也是造成碳刷打火、滑环电化腐蚀、滑环表面凹凸不平的原因。

3 解决方法

针对1号发电机转子的实际情况，目前暂时不能对转子滑环表面进行抛光处理，可以考虑在原上导油槽通气窗中延长通气管路。做直径为70 mm的弯接头钢管，与延伸钢管焊接后再与通气管焊接，并在通气窗中焊接若干半圆形挡油板。挡油板在通气窗内上下错开对称焊接，焊接完后清理干净焊渣，再延伸钢管端部焊接十字对称的抓手，用以挂接通气窗床罩，使新做的通气窗口正对滑环室窗口。这样，就能使发电机在运行中产生的油雾通过通气窗冷却作用凝结成油珠，油珠再流回油槽中，防止了油雾与碳粉的混合。延长后的通气窗窗口正对滑环室网格窗口，以便将没有来得及冷却的少量油雾经滑环旋转带动的顺时针风吹出滑环室，且碳刷摩擦产生的碳粉也被滑环高速旋转中产生风力吹散，使其难以附着在碳刷拉杆绝缘子和集电环支撑绝缘子表面，从而使碳粉和油雾混合物对转子绝缘的威胁得到有效控制。

4 结束语

综上所述，水轮发电机能否保证水轮发电机长期、正常运行会直接影响到水电站的经济效益。因此，解决发电机转子绝缘下降的问题迫在眉睫。为了保证整个机组的正常运行，工作人员需要在原上导油槽通气窗中延长通气管路，以减少堆积在发电机机架盖板处、碳刷支架和滑环支臂处的碳粉，为发电站提供一个安全、稳定、可靠的运行环境，保证电力能源的顺利供给，为发电站创造较好的经济效益。

参考文献

[1]林德生.水轮发电机转子绝缘故障处理[J].云南电力技术，2011（04）.

[2]朱跃亮.水轮发电机转子绝缘下降原因分析及处理[J].华电技术，2010（10）.

[3]孟利平，张秀平，贾玉峰.水轮发电机转子绝缘降低原因分析及处理[J].水电站机电技术，2012（03）.

〔编辑：王霞〕endprint

摘 要：针对某水电站发电机励磁回路绝缘降低的问题，从集电环表面问题、机组旋转摩擦程度、油槽通气窗设计等几方面进行了详细的分析，总结出了水轮发电机转子绝缘降低的原因，并提出了相应的解决方法，以期有效提高机组的运行效率。

关键词：水电站；水轮发电机；绝缘性能；发电机组

中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0136-02

水轮发电机组是该水电站中最重要的动力设备，水轮发电机组由水轮机、调速器和发电机组成。水轮机是将水流能量转变为机械旋转能量的设备，它利用水电站的水头和流量来做功。调速器可以调节水轮机的转速，以保证电能的频率质量，实现水轮发电机组自动开、停、变速、加减负荷、调相、成组控制、事故停机，达到机组安全、经济运行的目的。然而，该水电站自投产发电以来，多次发生发电机转子绝缘降低，严重影响了机组的安全、稳定运行，增加了机组的强迫停运次数，加大了设备的检修维护强度。为了使发电机机组安全、稳定地运行，本文对其绝缘性能的降低原因进行了深入探讨。

1 机组概述

某水电站1号机组和2号机组为大机组，装机容量都为35 MW，机组型号为SF35-24/5700。3号机组和4号机组为小机组，装机容量都为15 MW，机组型号为SF15-16/3800。大机额定转速为250 r/min，小机额定转速为375 r/min，机组转速比较快，导致碳粉磨损比较严重，该站首台发电机组于2013-01并网运行。

2 现象及异常分析

随着机组运行时间的推移，1号发电机（装机35 MW）转子绝缘状况不佳，绝缘强度难以保证机组的正常运行。停机后，用500 V摇表测量转子绝缘，发现阻值不到0.1 MΩ。维护人员发现发电机上机架盖板处、碳刷支架和滑环支臂处堆满了碳粉和油污的混合颗粒，随即对集电环室设备进行了擦拭清理，清理干净后测得转子绝缘大于500 MΩ，具备投运条件，1号发电机随即投入运行。在1号机组的正常停机过程中，发电机保护装置SDG833出现“失磁一时限保护”动作，机组立即开始电气事故停机流程，经维护人员对机组励磁系统检查后发现，转子绝缘对地阻值为0 MΩ，且发电机碳刷拉杆绝缘子和滑环支臂处堆满碳粉和油雾混合颗粒。

经过分析，总结上述现象出现的原因主要有：①检查1号机组发电机上下集电环表面，发现下集电环表面划痕较为严重，表面比较粗糙，光洁度不够，且有灼伤痕迹。碳刷没有破损、掉边、掉角等现象，磨损较为严重，碳粉最多。对比3号机组和4号机组，发现这2台小机组的碳刷磨损较少，且小机组转速比大机组转速高。因碳刷都是同一批次采购，说明碳粉多不是因为碳刷材质不满足要求，而是因为集电环表面粗糙而增加了碳刷磨损，使得碳粉增多。②1号机组发电机转子近2个月的上导X方向和Y方向摆度值在220 μm以内，上机架水平振动X和Y振动值以及垂直方向的振动值在10 μm以内，各值都符合机组振摆在线监测要求，可排除由于转子振摆过大而导致碳刷磨损严重的可能性。③下集电环处和刷握处的碳粉堆积较严重，且碳粉已被油雾混合，具有吸附性。机组旋转摩擦产生的碳粉被滑环旋转带动的风力吹到碳刷支架及各部，且在此过程中混合了热油雾，使得转子绝缘降低。滑环室内的4个上导油槽通气窗管比延长段短，热油雾无法被挡在油槽中，导致大量油雾透过通气窗进入滑环室与碳粉混合。④1号发电机上导油槽出现过甩油现象。当时发现发电机转子和定子处有大量油迹，经检查发现，漏油是从发电机转子推力头内侧与油盆对接处溢出，检查上导油盆内推力头上部通气孔和接合轴瓦处通油孔，发现均未堵塞，上导油盆通气窗也未堵塞。分析甩油原因，是由于机组运行时，随着机组大转速运行，在转子与油盆对接空间内形成负压。由于存在负压，就要在上导油盆内吸气，以保证油盆内气压平衡。在油盆通气窗无法满足吸气要求时，油盆内的汽轮机油就会被吸出，造成1号机组甩油事故（如图1所示）。取出上导油盆盖与转子接缝处用压板压接密封的毛毡，以增大油盆通气量，破坏负压形成的真空，从而防止机组甩油现象的发生。但由于这种做法既增加了通气量，又降低了上导油盆密封效果，油盆内热油雾从该缝隙中挥发到滑环室，导致碳粉在碳刷支架等处堆积。⑤滑环室内的滑环和刷架处堆积碳粉较少，碳粉大部分掉落在油盆盖上。因小机发电机机罩外有玻璃罩子盖住（此玻璃罩子是为了发电机层美观而做的），所以滑环室窗口上方玻璃面上有油污现象。可分析出上岛油盆通气窗设计存在缺陷，通气窗延伸段较短，导致油雾从该窗口内溢出。⑥发电机上导油槽内的热油随转子轴旋转而翻腾，从而产生油雾。大量油雾从通气窗管内绕过挡油板的冷却阻挡进入滑环室，且与碳粉混合后形成吸附力较强的混合物。该混合物具备一定的导电性能，黏附在刷架拉杆绝缘子、集电环支撑绝缘子处，使带电部分与大地发生间接电气联系，造成绝缘下降。刷架、滑环支臂和支撑绝缘子处有较重的积污，致使发电机转子对地绝缘阻值严重下降，为发电机的安全、稳定运行带来隐患。而2台小机滑环室内的碳粉由于没有与油雾混合，碳粉随滑环高速旋转带动的气流吹走，碳刷架处很少堆积碳粉，因此，转子的绝缘性能良好。

在观察中发现，碳粉和油雾的混合颗粒使得滑环表面更加脏污，接触电阻同步增大，有些还黏附在刷握里，造成碳刷卡阻。这种滑环表面严重脏污和碳刷卡阻现象，也是造成碳刷打火、滑环电化腐蚀、滑环表面凹凸不平的原因。

3 解决方法

针对1号发电机转子的实际情况，目前暂时不能对转子滑环表面进行抛光处理，可以考虑在原上导油槽通气窗中延长通气管路。做直径为70 mm的弯接头钢管，与延伸钢管焊接后再与通气管焊接，并在通气窗中焊接若干半圆形挡油板。挡油板在通气窗内上下错开对称焊接，焊接完后清理干净焊渣，再延伸钢管端部焊接十字对称的抓手，用以挂接通气窗床罩，使新做的通气窗口正对滑环室窗口。这样，就能使发电机在运行中产生的油雾通过通气窗冷却作用凝结成油珠，油珠再流回油槽中，防止了油雾与碳粉的混合。延长后的通气窗窗口正对滑环室网格窗口，以便将没有来得及冷却的少量油雾经滑环旋转带动的顺时针风吹出滑环室，且碳刷摩擦产生的碳粉也被滑环高速旋转中产生风力吹散，使其难以附着在碳刷拉杆绝缘子和集电环支撑绝缘子表面，从而使碳粉和油雾混合物对转子绝缘的威胁得到有效控制。

4 结束语

综上所述，水轮发电机能否保证水轮发电机长期、正常运行会直接影响到水电站的经济效益。因此，解决发电机转子绝缘下降的问题迫在眉睫。为了保证整个机组的正常运行，工作人员需要在原上导油槽通气窗中延长通气管路，以减少堆积在发电机机架盖板处、碳刷支架和滑环支臂处的碳粉，为发电站提供一个安全、稳定、可靠的运行环境，保证电力能源的顺利供给，为发电站创造较好的经济效益。

参考文献

[1]林德生.水轮发电机转子绝缘故障处理[J].云南电力技术，2011（04）.

[2]朱跃亮.水轮发电机转子绝缘下降原因分析及处理[J].华电技术，2010（10）.

[3]孟利平，张秀平，贾玉峰.水轮发电机转子绝缘降低原因分析及处理[J].水电站机电技术，2012（03）.

〔编辑：王霞〕endprint

摘 要：针对某水电站发电机励磁回路绝缘降低的问题，从集电环表面问题、机组旋转摩擦程度、油槽通气窗设计等几方面进行了详细的分析，总结出了水轮发电机转子绝缘降低的原因，并提出了相应的解决方法，以期有效提高机组的运行效率。

关键词：水电站；水轮发电机；绝缘性能；发电机组

中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0136-02

水轮发电机组是该水电站中最重要的动力设备，水轮发电机组由水轮机、调速器和发电机组成。水轮机是将水流能量转变为机械旋转能量的设备，它利用水电站的水头和流量来做功。调速器可以调节水轮机的转速，以保证电能的频率质量，实现水轮发电机组自动开、停、变速、加减负荷、调相、成组控制、事故停机，达到机组安全、经济运行的目的。然而，该水电站自投产发电以来，多次发生发电机转子绝缘降低，严重影响了机组的安全、稳定运行，增加了机组的强迫停运次数，加大了设备的检修维护强度。为了使发电机机组安全、稳定地运行，本文对其绝缘性能的降低原因进行了深入探讨。

1 机组概述

某水电站1号机组和2号机组为大机组，装机容量都为35 MW，机组型号为SF35-24/5700。3号机组和4号机组为小机组，装机容量都为15 MW，机组型号为SF15-16/3800。大机额定转速为250 r/min，小机额定转速为375 r/min，机组转速比较快，导致碳粉磨损比较严重，该站首台发电机组于2013-01并网运行。

2 现象及异常分析

随着机组运行时间的推移，1号发电机（装机35 MW）转子绝缘状况不佳，绝缘强度难以保证机组的正常运行。停机后，用500 V摇表测量转子绝缘，发现阻值不到0.1 MΩ。维护人员发现发电机上机架盖板处、碳刷支架和滑环支臂处堆满了碳粉和油污的混合颗粒，随即对集电环室设备进行了擦拭清理，清理干净后测得转子绝缘大于500 MΩ，具备投运条件，1号发电机随即投入运行。在1号机组的正常停机过程中，发电机保护装置SDG833出现“失磁一时限保护”动作，机组立即开始电气事故停机流程，经维护人员对机组励磁系统检查后发现，转子绝缘对地阻值为0 MΩ，且发电机碳刷拉杆绝缘子和滑环支臂处堆满碳粉和油雾混合颗粒。

经过分析，总结上述现象出现的原因主要有：①检查1号机组发电机上下集电环表面，发现下集电环表面划痕较为严重，表面比较粗糙，光洁度不够，且有灼伤痕迹。碳刷没有破损、掉边、掉角等现象，磨损较为严重，碳粉最多。对比3号机组和4号机组，发现这2台小机组的碳刷磨损较少，且小机组转速比大机组转速高。因碳刷都是同一批次采购，说明碳粉多不是因为碳刷材质不满足要求，而是因为集电环表面粗糙而增加了碳刷磨损，使得碳粉增多。②1号机组发电机转子近2个月的上导X方向和Y方向摆度值在220 μm以内，上机架水平振动X和Y振动值以及垂直方向的振动值在10 μm以内，各值都符合机组振摆在线监测要求，可排除由于转子振摆过大而导致碳刷磨损严重的可能性。③下集电环处和刷握处的碳粉堆积较严重，且碳粉已被油雾混合，具有吸附性。机组旋转摩擦产生的碳粉被滑环旋转带动的风力吹到碳刷支架及各部，且在此过程中混合了热油雾，使得转子绝缘降低。滑环室内的4个上导油槽通气窗管比延长段短，热油雾无法被挡在油槽中，导致大量油雾透过通气窗进入滑环室与碳粉混合。④1号发电机上导油槽出现过甩油现象。当时发现发电机转子和定子处有大量油迹，经检查发现，漏油是从发电机转子推力头内侧与油盆对接处溢出，检查上导油盆内推力头上部通气孔和接合轴瓦处通油孔，发现均未堵塞，上导油盆通气窗也未堵塞。分析甩油原因，是由于机组运行时，随着机组大转速运行，在转子与油盆对接空间内形成负压。由于存在负压，就要在上导油盆内吸气，以保证油盆内气压平衡。在油盆通气窗无法满足吸气要求时，油盆内的汽轮机油就会被吸出，造成1号机组甩油事故（如图1所示）。取出上导油盆盖与转子接缝处用压板压接密封的毛毡，以增大油盆通气量，破坏负压形成的真空，从而防止机组甩油现象的发生。但由于这种做法既增加了通气量，又降低了上导油盆密封效果，油盆内热油雾从该缝隙中挥发到滑环室，导致碳粉在碳刷支架等处堆积。⑤滑环室内的滑环和刷架处堆积碳粉较少，碳粉大部分掉落在油盆盖上。因小机发电机机罩外有玻璃罩子盖住（此玻璃罩子是为了发电机层美观而做的），所以滑环室窗口上方玻璃面上有油污现象。可分析出上岛油盆通气窗设计存在缺陷，通气窗延伸段较短，导致油雾从该窗口内溢出。⑥发电机上导油槽内的热油随转子轴旋转而翻腾，从而产生油雾。大量油雾从通气窗管内绕过挡油板的冷却阻挡进入滑环室，且与碳粉混合后形成吸附力较强的混合物。该混合物具备一定的导电性能，黏附在刷架拉杆绝缘子、集电环支撑绝缘子处，使带电部分与大地发生间接电气联系，造成绝缘下降。刷架、滑环支臂和支撑绝缘子处有较重的积污，致使发电机转子对地绝缘阻值严重下降，为发电机的安全、稳定运行带来隐患。而2台小机滑环室内的碳粉由于没有与油雾混合，碳粉随滑环高速旋转带动的气流吹走，碳刷架处很少堆积碳粉，因此，转子的绝缘性能良好。

在观察中发现，碳粉和油雾的混合颗粒使得滑环表面更加脏污，接触电阻同步增大，有些还黏附在刷握里，造成碳刷卡阻。这种滑环表面严重脏污和碳刷卡阻现象，也是造成碳刷打火、滑环电化腐蚀、滑环表面凹凸不平的原因。

3 解决方法

针对1号发电机转子的实际情况，目前暂时不能对转子滑环表面进行抛光处理，可以考虑在原上导油槽通气窗中延长通气管路。做直径为70 mm的弯接头钢管，与延伸钢管焊接后再与通气管焊接，并在通气窗中焊接若干半圆形挡油板。挡油板在通气窗内上下错开对称焊接，焊接完后清理干净焊渣，再延伸钢管端部焊接十字对称的抓手，用以挂接通气窗床罩，使新做的通气窗口正对滑环室窗口。这样，就能使发电机在运行中产生的油雾通过通气窗冷却作用凝结成油珠，油珠再流回油槽中，防止了油雾与碳粉的混合。延长后的通气窗窗口正对滑环室网格窗口，以便将没有来得及冷却的少量油雾经滑环旋转带动的顺时针风吹出滑环室，且碳刷摩擦产生的碳粉也被滑环高速旋转中产生风力吹散，使其难以附着在碳刷拉杆绝缘子和集电环支撑绝缘子表面，从而使碳粉和油雾混合物对转子绝缘的威胁得到有效控制。

4 结束语

综上所述，水轮发电机能否保证水轮发电机长期、正常运行会直接影响到水电站的经济效益。因此，解决发电机转子绝缘下降的问题迫在眉睫。为了保证整个机组的正常运行，工作人员需要在原上导油槽通气窗中延长通气管路，以减少堆积在发电机机架盖板处、碳刷支架和滑环支臂处的碳粉，为发电站提供一个安全、稳定、可靠的运行环境，保证电力能源的顺利供给，为发电站创造较好的经济效益。

参考文献

[1]林德生.水轮发电机转子绝缘故障处理[J].云南电力技术，2011（04）.

[2]朱跃亮.水轮发电机转子绝缘下降原因分析及处理[J].华电技术，2010（10）.

[3]孟利平，张秀平，贾玉峰.水轮发电机转子绝缘降低原因分析及处理[J].水电站机电技术，2012（03）.

〔编辑：王霞〕endprint