摘 要:在发电机的各个环节中,转子绝缘的转速高、运行温度高,转子绕组在离心作用下常因摩擦导致绝缘损伤,此外,冷却空气会将水气、炭灰、油污以及粉尘等带入转子并存积,从而使得绝缘电阻值下降,因此,转子绝缘属于较为薄弱的环节,需要加以保护。文章对发电机转子接地故障进行了简要介绍,从实例出发,对某水电厂的发电机存在的接地故障原因进行了具体分析,并在此基础上提出了防范措施。
关键词:发电机转子;接地故障;防范措施
1 绪论
对于同步发电机的转子绕组来说,一点接地故障并不会使得转子立刻产生损坏,发电机可继续正常运行,需要注意的是,如若有第二点接地故障的发生,就会使得励磁回路的两个接地线圈之间产生一个闭合的电气回路,就会使得转子周围的磁场严重不平衡并产生足以损毁发电机的机械力,其原因是:励磁绕组两点接地,如果一部分绕组发生短接,那么剩余部分的绕组中的电流也会变大,使得磁励绕组或者转子被烧坏,还有可能引发火灾,而且,如果励磁绕组各部分电流的不相等会使得气隙磁场的对称性被破坏,从而使得转子磁场产生畸变,继而导致发电机机体因受力不均而剧烈振动,此外,励磁绕组的局部电流变大会使得转子产生局部过热现象,从而导致其缓慢变形、偏心,使得机组振动更加剧烈。因此,勵磁回路的两点接地故障会极大地危害到发电机的正常使用。
2 实例分析
2.1 情况介绍
小东江水电站位于湖南省资兴市境内湘江支流耒水中上游,为大东江水电站的反调节电站。电站装有4台轴流式机组。水力枢纽主体建筑由中南水电勘测设计院设计,第八工程局施工。3号机组由武汉汽轮机厂设计制造,单机容量20.5MW,轴流转桨式水轮机组,半伞式发电机机构,第八工程局现场安装,于1991年12月投产发电。该电站建成开工后,设备持续正常运转,但3号发电机在2012年11月20日产生动态接地故障,经重新镶嵌发电机转子线圈后恢复正常运行,一年后,于2013年11月19日再次发生接地故障,文章将对此次故障原因进行分析。
2.2 对转子接地故障的产生原因进行分析
转子发生接地故障的原因众多,文章列出了以下三点可能原因:(1)发电机转子槽底存在黄粉。该发电机基本上每日启动、停止各一次,在启动时,发电机在从零转速上升到额定转速时,线圈会在离心力的作用下产生弹性变形并与槽两侧的槽衬进行磨擦,槽衬磨损会产生黄粉;在停机时,发电机从额定转速降低至零转速,线圈在弹力作用下回到初始状态的过程中也会和槽衬进行摩擦产生黄粉;此外,由于发电机在启停过程中会有温度变化,转子线圈热胀冷缩,会与楔下垫块发生摩擦,楔下垫块会产生黄粉。但是,该发电机的槽衬与楔下垫块是由环氧酚醛层压玻璃布板制成的,所产生的黄粉的主要成分时环氧树脂,所含铜末、铁末的量极少,基本属于绝缘材料,并不会造成转子对地短路。(2)金属刮蹭物可能进入转子。转子槽楔是铝制的,其与铁质的毛刺发生刮蹭时,会产生铝制碎渣,这些碎渣并不会掉入转子中,而是会吸附在铁制金属表面,如果刮蹭产生了微量的铝制粉屑,也并不会影响转子线圈的对地通路;而且,转子的槽楔在转子槽的最外部,当转子处于高速旋转状态时,碎渣会在离心作用下离开转子并进入定子外腔,很难再回到转子内部。此外,如果有少量碎渣进到转子中,会导致转子稳定接地或者不稳定接地,而不会产生不稳定动态接地。(3)受绝缘胶漆熔化、流出影响。当进行拔/套转子护环的操作时,因护环有余热,绝缘瓦内的胶漆可能会融化成液体,如果胶漆上附着有金属颗粒或者灰尘并流到了转子线圈楔下2个垫条的接口缝隙之间并在温度降低后产生凝固后,就会使得2条楔下垫条缝隙间产生绝缘并影响转子线圈的对地绝缘,影响大小在于附着有金属颗粒或者灰尘的胶漆在接口处的聚积量,当聚积量够大时,技术人员在进行转子的耐压测试或者绝缘电阻测试时就能发现;当聚积量不够大时,就不容易检测出来。在发电机的运行过程中,由于机组的启停,线圈会因温度不断升降二在槽内不断伸缩并和垫条进行磨擦,从而使得垫条逐渐变薄,因此,接口处线圈的对地绝缘距离会逐渐减小直至被击穿。此外,使得楔下垫条接口缝隙处的对地绝缘距离不断减小的因素还有:高速旋转状态下,楔下垫条一方面会在离心力作用与槽楔的限制两方面作用下受挤压变薄,一方面会在离心力作用与线圈的两方面作用下受到挤压变薄。等到垫条因挤压、摩擦变薄到某个程度时,转子线圈就会对地产生短路;而发电机停止运作后,楔下垫条不再受离心力的挤压作用,因垫条具有弹力,会使得垫条接口处缝隙的对地绝缘距离又会变长,从而使得线圈的对地绝缘又恢复到能正常工作的水平。这一过程和此次发电机的转子对地故障非常符合。
2.3 最终原因分析
在此次故障中,转子接地表现出了非常典型的动态接地特点,其故障排查、确定难度较大,经过对各种因素的排查,做出推测:故障部位极可能位于转子2根楔下垫条的接缝处。
3 防范措施
根据文中分析,为了降低发电机转子接地故障的产生几率,应当考虑更换转子护环的绝缘瓦材料,选用熔点比套装护环温度更高的胶漆浸渍绝缘瓦;并改善转子线圈的装配环境、加强对装配工艺的严格控制,具体操作要求阐述如下:
(1)将物品搬入封闭区域之前对其进行彻底清洁;(2)保持装配环境的严格封闭及清洁,保证周围堆放的物件清洁、不留有粉尘;(3)在封闭区域设置预进间,工作人员可以在预进间中换上洁净且不会掉毛的连体服,并穿戴好专用的工作帽、工作手套以及工作鞋;(4)完成线圈的拆除后,应当对转子的各个部位进行彻底清洁,并且在下线前再次清洁周围环境;(5)进行绝缘件以及转子线圈的装复工作前要进行仔细清洁,保证清洁l件、装复1件;(6)在检修发电机转子抬线圈的工作中,应当增加修正转子槽楔的工序。因为转子槽楔的质地柔软,在长期受离心力的影响下极可能发生变形,因此,不应当在转子下线后、打槽楔受到阻力时再退出进行修整,而是应该在转子下线之前对转子槽楔进行修正,这样就可以减小转子铝质槽楔发生刮蹭的可能性,从而减少因刮蹭产生的铝屑所导致的发电机绝缘。
4 结语
发电机转子产生接地故障可能会造成故障点电流过大而使得转子烧伤受损,也坑能会使得磁励绕组因电流增大过热而受损,甚至可能因部分绕组短接造成气隙磁通失衡产生剧烈振动,其后果非常严重,因此,在日常对发电机的检修工作中必须严格执行工艺要求及以上所提出的控制措施,尽可能地减少绝缘薄弱环节的产生,从而防止同类接地故障产生。
参考文献:
[1]李自淳,夏维珞,彭辉,等.同步发电机转子过电压及其保护[J].大电机技术,2003(2):54-60.
[2]王佼.无刷励磁同步发电机转子一点接地保护的研究[D].华北电力大学,2012.
作者简介:谭仕强(1990-),男,本科,助理工程师,主要从事电气一次工作。