发电机转子绝缘降低原因分析及处理措施

尹永利，周小建，郭红伟，李泉，李斌

(雅砻江流域水电开发公司锦屏水力发电厂，四川 西昌615000)

发电机转子绝缘持续降低时可导致转子接地保护动作停机，严重威胁机组的安全稳定运行。为此，对发电机转子绝缘降低原因进行分析，提出相应的预控措施，有着重要的意义[1]。对国内其他电站发电机转子绝缘降低的案例进行分析总结，本文揭示了转子绝缘降低的一般规律，并结合锦东电厂机组转子绝缘降低案例进行了分析，提出了具体的防控措施。

1发电机转子绝缘降低常见原因及处置措施

通过对国内水电站发电机转子绝缘降低的具体案例进行分类总结，可知导致机组绝缘降低的常见原因如下：

1)发电机转子受潮造成绝缘电阻降低。如发电机停运时间较长，环境潮湿等原因造成绝缘阻值降低[2]。

2)集电环室滑环与碳刷摩擦产生碳粉较多，在集电环支架绝缘支撑套管处形成碳粉堆积，造成滑环爬电至滑环支撑(接地)引起发电机转子绝缘降低。

3)发电机空冷器、大轴补气管道的阀门、管道漏水(或冷凝水)进入转子中使绝子绝缘降低。

4)发电机轴承冷却系统密封不严或因其轴瓦漏油使转子线圈端部积油污、导电性粉尘，造成绝缘性能降低[2]。

5)转子因使用年限较长或运行中转子过热造成线圈绝缘材料老化，槽内绝缘破损等原因，导致转子绝缘电阻过低或接地[3]。

针对上述原因，可提出相应的处理措施，具体如下：

1)在发电机组处于冷备用期间，冷备用时间达到10 d时，将发电机组由冷备用状态转至空载态，空载运行1 h左右。空载过程中利用机组产生的热量对转子各部位进行加热，可以有效的去潮。

2)集电环内碳粉堆积过多时，可以对滑环处堆积的碳粉进行定期清理，或采取其他有效除尘措施来消除碳粉堆积[3]。

3)发电机运行过程中加强对发电机风洞内巡检(尤其汛期)，发现风洞内有积水或者漏水及时进行处理。

4)在检修期间对发电机各导轴承冷却系统密性进行检查，确保各导轴承冷却系统可靠封闭。

5)在机组年度计划检修中检查发电机转子槽内绝缘情况，及时处理绝缘层老化、异常等问题[4]。

2某水电站水轮发电机组转子绝缘降低分析与处置

某水电站在巡检中发现#1发电机转子接地保护装置上转子绝缘值在175～220 kΩ之间变化(正常为300 kΩ，报警值为10 kΩ)，接地参考位置α在20%～25%之间变化(正常为50%)。 数日后，发现1号发电机转子持续降低，平均每日降低7 kΩ。采取增加碳粉收集装置的临时措施后，1号机转子绝缘值下降趋势减缓。经过分析，确认发电机集电环室内集电环支架绝缘支撑套管处碳粉堆积过多，造成滑环爬电至滑环支撑(接地)引起发电机转子绝缘降低。

在机组运行时，因集电环室中碳刷和滑环存在接触, 碳刷与滑环之间摩擦而形成碳粉, 长时间就容易聚集大量的碳粉, 并且研磨出来的碳粉质地极其细腻, 会粘附在集电环支架绝缘支撑套管处形成碳粉堆积。由上述工作原理可知，摩擦产生碳粉虽说不可避免，但在碳粉收集装置的作用下，其堆积量不应过多。为此，导致碳粉堆积现象，可从摩擦产生碳粉多、收集不利两方面着手进一步分析。

2.1集电环内碳粉产生过多的原因及处理措施

1)电刷和集电环之间电刷材质过硬，集电环磨损严重；电刷材质过软，电刷磨损严重就会产生碳粉过多情况；因此电刷和集电环之间需要进行选型磨合。

2)集电环表面粗糙度越大，摩擦系数越大，电刷磨损率越高，磨损就越大进而产生碳粉也增加。为此检修期对集电环表面进行重新抛光去除毛刺，提高其表面光滑度可以减少碳粉产生。

3)电刷与集电环的接触靠弹簧压力决定的，弹簧压力过大，会使电刷的机械磨损增大，碳粉增多；弹簧压力过小，虽然电刷与集电环间摩擦力减小，但电刷与集电环接触不良，电气磨损将增大且容易产生火花，因此需要选择合适的弹簧压力。

4)刷握固定在刷架上，如果刷架固定不牢靠，在运行过程中就会有轻微振动。刷架的振动会影响到电刷在刷握里面的振动，也会加剧电刷的磨损；为避免此种情况的发生就需保证刷架固定可靠[5]。

2.2集电环内碳粉堆积的原因及处理措施

机组运行过程中，碳刷与滑环摩擦会产生细小的碳粉。碳粉大量堆积会导致集电环正、负极短路，转子绝缘降低危害发电机组的安全运行[2]。因此，有效的收集发电机组运行中产生的碳粉尤为重要。碳粉除尘系统主要由吸尘罩、碳粉传输管道以及碳粉吸收装置组成，而碳粉吸收装置是整个系统的核心部件，它的效率直接影响整个除尘系统的效率。

1)集电环粉尘收集装置由吸尘器、吸尘罩、管路组成。其中吸尘器的风量、风压是十分重要的参数，选择合适的风量和风压，可以达到最佳的吸尘效果；另外吸尘罩和管路也应具有一定的密封效果，减小粉尘逸出。

2)刷架上集尘罩密封性差，造成碳粉收集效率低；某水电站目前使用的是可带电拆卸碳刷，碳刷与集尘罩上的视孔玻璃有一定的间隙，造成集尘罩密封性较低，如图1所示。因此在间隙处增加密封，使刷握与集尘罩的密闭性能增强。

图1集电环结构

3)碳粉收集装置管路布局不合理，导致其不能有效收集碳粉；对碳粉收集装置管路布局进行改进。可采用均匀对称增加吸尘口数量，提升收集效能。

4)碳粉收集装置数量不够，当产生碳粉较多时导致收集效果不佳；可采取增加碳粉收集装置的数量，提升吸风量，强化集粉效果。

5)碳粉收集装置功率降低，导致其收集粉尘时风力不够，不能够将粉尘吸收完全。为此，可选择风机功率更大、收集效果更好的碳粉收集装置。

6)集电环碳粉定期清扫周期偏长，导致碳粉累积过多。因此，宜缩短定期清扫周期，如在除检修期外，择机对集电环内堆积的碳粉及时进行清理。

3结语

经过发电机转子绝缘降低的原因分析，并有针对性的采取相应措施可以有效的降低发电机转子绝缘降低现象发生。确保了水电站水轮发电机组长周期安全、稳定运行。