水轮发电机转子绝缘降低原因与处理措施

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水轮发电机转子绝缘降低原因与处理措施
张晓旭1，黄永亮2
（1.哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江 哈尔滨 150066；2.哈尔滨电气股份有限公司，黑龙江
哈尔滨 150023）
摘 要：水轮发电机转子绝缘阻值的降低，会导致水轮发电机组被迫停止运转，进而严重影响到水电站的安全生产。

所以做好水轮发电机转子绝缘降低的防护工作就显得尤为重要。

为此，本文笔者结合个人研究经验与某水电站的实际运行状况，针对水轮发电机组在实际运行过程中引发转子绝缘降低故障的原因与处理措施展开粗浅的探讨，以供参考。

关键词：水轮发电机组；转子绝缘；降低；处理措施
0 前言
正是因为在水轮发电机组的实际运行过程中，极易出现发电机转子绝缘降低故障，给整个发电机组的安全稳定运行造成巨大的影响，所以基于此种情况本文结合个人实践工作经验，对导致水轮发电机转子绝缘降低的原因及其处理措施加以总结，并且结合某水电站水轮发电机组的实际运行情况，对这一现象展开深入的剖析与研究，以期通过笔者的相关阐述能够为进一步防止水轮发电机转子出现绝缘降低现象奠定良好的基础，以保证水轮发电机组的安全稳定运行。

1 导致水轮发电机转子绝缘降低的原因与处理措施如若水轮发电机转子绝缘性能出现大幅度的降低或者是绝缘阻值贴近为零，那么在高压电的冲击之下，就会造成绕组绝缘薄弱环节被击穿，而出现短路现象，甚至还有可能造成水轮发电机着火。

因此保证水轮发电机组转子的绝缘性能尤为重要。

1.1 导致水轮发电机转子绝缘降低的原因
笔者结合个人工作经验，对导致水轮发电机转子绝缘降低的原因加以总结，具体如下：水轮发电机转子如若停运时间超过15天，其所处的工作环境又过于潮湿，在长期受到湿热空气的侵蚀下，极易导致绝缘阻值降低的故障；集电环室滑环与碳刷之间相互摩擦而产生了较多的碳粉，这些碳粉堆积在集电环支架的绝缘支撑套管之处，以至于滑环爬电至滑环支撑，导致发电机的转子绝缘阻值降低；发电机的空冷器、大轴补气管道阀门、管道漏水进入到转子之中，以至于转子绝缘阻值降低；因为水轮发电机的轴承冷却系统密封不够严实，轴瓦漏油以至于转子线圈端部积累过多的油污与导电性的粉尘，致使转子本身的绝缘性能被大大地降低；因为水轮发电机转子的连续工作时间过长，转子在长期的高速转动之下产生了大量的转动热量，因为热量的积累致使绝缘材料出现变形温度值，绝缘材料老化、槽内绝缘破坏等问题，致使转子绝缘阻值降低。

1.2 水轮发电机转子绝缘降低的处理措施
针对上述常见问题，可以采取以下几点处理措施，具体如下：当水轮发动机组本身的冷备用时间达到了10天以上时，要想有效地去除水轮发动机组的潮气，可以将水轮发电机组由冷备用状态直接调整到空载状态下并运行1个小时左右，其原理在于利用水轮发动机组在空载运行过程中所产生的热量加热转子的各个部位，以达到去潮的目的；当集电环内部堆积过多的碳粉时，可以采取定期清理堆积在滑环处碳粉的方法，来消除碳粉的过多堆积问题；在水轮发电机的实际运行过程中，要进一步加强对发电机风洞内的巡检，一旦发现分洞内出现积水、漏水等问题应立刻给予针对性处理；在水轮发电机的检修期间，要做好发电机各个轴承冷区系统本身密封性的检查工作，从而确保各个轴承冷却系统的封闭可靠性；做好水轮发电机组的年度计划检修工作，一旦发现发电机转子槽内的绝缘情况不佳，存在绝缘层老化、异常问题，要给予及时的处理，确保转子的绝缘性能。

2 以某水电站为例加以阐述
笔者结合相关资料以某水电站水轮发电机转子的绝缘降低为例，加以进一步的梳理与分析，从而更好地剖析转子绝缘降低的处理措施。

根据相关资料可知，某水电站在巡检的过程中，发现其#1发电机转子接地保护装置之上的转子绝缘阻值在175kΩ到220kΩ之间，接地参考位置α则在20%到20%之间进行变化。

而正常的转子绝缘阻值应该在300kΩ，相应的报警值为10kΩ，接地的参考位置α应该在50%。

经过数日运行后，#1发电机的转子绝缘阻值持续性下降，工作人员采取了增加碳粉收集装置这一临时措施以后，#1发电机的转子绝缘阻值的下降趋势得到了有效的减缓。

而经过分析确认后得知，造成发电机转子绝缘降低的根本原因是因为发电机集电环室内的集电环支架中的绝缘支撑套管上堆积了过多的碳粉，以至于滑环爬电至滑环支撑之上。

而在水轮发电机组的实际运行过程中，因为集电环室中的碳刷和滑环相互摩擦接触后会形成大量的碳粉，长此以往就会堆积大量的碳粉，并且这些碳粉会黏附在集电环支架的绝缘支撑套的套管处，形成大量的碳粉堆积。

虽然说因为摩擦接触而产生碳粉的问题不可避
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免，但是充分利用碳粉收集装置还是可以避免碳粉大量堆积问题。

所以可以从碳粉产生与堆积两个方面入手加以详细分析。

造成集电环内产生过多碳粉的原因众多，主要是因为：电刷与集电环之间的电刷材质选择不当，而产生了过多的碳粉。

这是因为如若电刷材质过硬，那么集电环本身的磨损就会十分严重。

如若电刷材质过软，那么电刷磨损就会较为严重，进而产生大量的碳粉。

所以做好电刷与集电环之间的选型磨合十分重要；集电环表面的粗糙程度越大，相应的摩擦系数也就会随之越大，电刷的磨损率也就会越高，此时就会产生大量的碳粉。

因此要定期对集电环表面实施抛光处理，去掉多余的毛刺，以此提高集电环表面的光滑度，降低碳粉的产生；弹簧压力决定了电刷与集电环之间的接触情况，弹簧压力过大时电刷的机械磨损也相应较大，会产生较多的碳粉。

弹簧压力较小时，电刷与集电环之间的机械摩擦力虽然相对较小，但是因为电刷与集电环之间会接触不良，相应的电气磨损会进一步增大，产生火花问题，所以必须要为电刷与集电环选择一个恰当的弹簧压力；固定在刷架上的刷握，如若不够牢靠，那么在实际的运行过程中就会产生振动问题，进而加剧电刷本身的磨损。

因此为了避免这种情况的出现，必须要固定好刷架。

水轮发电机组在实际的运行过程中，碳刷与滑环之间摩擦时会产生一些十分细小的碳粉，这些碳粉经过长时间的大量堆积后，会致使集电环正负极短路，转子的绝缘降低，进而给整个水轮发电机组的安全稳定运行造成影响。

所以有效地收集水轮机发电机组在运行过程中产生的碳粉问题就显得尤为重要。

而由吸尘罩、碳粉传输管道、碳粉吸收装置组合而成的碳粉除尘系统恰恰能够有效地解决集电环内碳粉堆积问题。

尤其是碳粉吸收装置作为整个碳粉除尘系统的核心部件，其吸尘器的风量与风压会直接影响到吸尘的效果，所以选择适合的风量与风压尤为重要。

并且保证吸尘罩与管路的良好密封效果，也能够降低粉尘逸出的可能性；如若刷架上的集尘罩，其密封性能相对较差，那么碳粉的收集效率也势必会相对较低，就如该水电站使用的碳刷为可带电拆卸型，碳刷和集尘罩上面的视孔玻璃之间存在着一定的间隙，致使集尘罩本身的密封性能较差，如图1所示。

为此就可以在间隙处加强密封，使刷握与集尘罩之间的密封性得以有效的加强；如若碳粉收集装置的管路布局不够合理，那么碳粉将无法得到有效的收集。

为此就必须改进碳粉手机装置的管路布局，使用均匀对称结构，使吸尘口的数量得以增多，提高碳粉的收集效能；如若产生的碳粉较多时就需要进一步增加碳粉收集装置数量，从
而提高吸风量的同时，对集粉效果进行强化；如若碳粉收集装置本身的功率较低，那么其在收集粉尘时，势必会因为风力不足而无法完全吸收掉粉尘。

所以必须要选择更大功率的风机，以此进一步增强碳粉收集装置的收集效果；定期地清扫堆积在集电环上的碳粉，
能够有效避免碳粉堆积过多的问题出现。

图1 集电环结构
3 结束语
造成水轮发电机转子绝缘持续降低的原因众多，但是无论是哪一种原因的出现都会严重地威胁到水轮发电机组的安全稳定运行。

尤其是水轮发电机组在整个水电站的地位举足轻重。

所以，针对水轮发电机转子绝缘降低原因进行深入的研究与探讨，找寻有效的针对性措施，最大限度地降低发电机转子绝缘降低问题，从而确保水轮发电机的安全稳定运行则具有十分重要的现实意义。

因此在今后的实际工作中，相关工作人员更必须给予转子绝缘问题重点的关注，合理地安排水轮发电机组的运行方法，保证水轮发电机组绝缘阻值符合相关参数要求，进而避免带病运转问题的出现。

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