发电机转子绕组不稳定接地处理办法_班卫东
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科技创新与应用
2015 年第 32 期
工业技术
发电机转子绕组不稳定接地处理办法
班卫东
（大唐岩滩水力发电有限责任公司， 广西 大化 530811 ）
摘 要： 对岩滩发电公司水轮发电机转子绕组预防性试验中出现不稳定接地的情况进行介绍， 对转子接地的原因进行了分析与 判断，介绍了使用兆欧表施加恒定高压试验电压结合外力作用及改变绝缘表面温度查找故障点的方法理论，可供类似情况参 考。 关键词 ： 转子； 不稳定接地； 下层绝缘托板； 处理方法 Abstract: Hydro-generator rotor winding of yantan power generation company in unstable ground preventive test of introduction ， analyzes the reasons of rotor grounding and judgment ，this paper introduces the use of megger constant high pressure test volt － age applied combined with external force and the change of surface temperature insulation malfunction point method theory ，can be used for reference in the similar situation Keywords: rotor; unstable ground; the lower insulation plate; the processing method
大内应力， 使涂层容易剥落。 由此可知氧化锆比氧化钛更为适合。 在
1150℃时，有涂料的试样比无涂料的试样没有良好的防氧化效果， 线圈引出线夹件进行排除， 通过清理线圈表面及引出线部分绝缘件 油污杂质， 测试结果仍然未发生变化。结合固体绝缘的高电压电击 穿理论分析， 我们采用施加施加恒定电压 1000V， 使用胶锤敲击结 合压缩空气吹扫， 逐个对磁极线圈引线接头部位 、 磁极线圈端部的 方法进行检查，当吹扫至 72 号磁极线圈上端部时，兆欧表数值由 0.2MΩ 降至 0.1MΩ 开始发生变化，检查下层绝缘托板两侧表面均 有有微小的黑点分布， 初步判定在该位置存在故障， 将绝缘板表面 绝缘漆及黑点铲出后发现， 该处的绝缘材料已经发生过热碳化发黑 （见图 2 ） 。通过再次复测转子绝缘电阻， 数值由 0.2MΩ 升至 6MΩ， 确定该点处即为转子不稳定接地点。 5 结束语 发电机转子的不稳定接地不是永久性故障，查找比较麻烦， 首 先应确认是励磁电缆、 滑环端的问题， 还是转子磁极上的问题。 如是 转子磁极上的问题， 采用在转子绕组回路上施加恒定高压结合对绝 缘部件进行外力及温度条件变化的方法， 如是表面绝缘问题， 一般 都能够及时发现， 查找的时间较短， 方法比较简单及实用。当然， 采 用其它的方法也能够发现接地点，如大电流击穿法及直流压降发， 各种方法各有利弊， 在发生接地情况时， 要区别对待。 在预防发电机 转子的接地发生工作方面， 还需要做好以下几点： （1 ） 加强转子的检 修质量管理， 严格执行检修现场准入管理制度， 执行检修质量三级 验收制度， 防止因异物在绝缘件表面造成转子接地的缺陷发生。 （2 ） 做好转子防护， 防止转子发生过电压导致绝缘材料产生累积效应发 生损伤形成局部碳化， 绝缘性能下降。 （3 ） 定期对转子进行清扫， 防 止转子铁芯及绕组受机组油雾及风闸粉混合物污染引起接地 。 （4 ） 当发电机转子发生不稳定接地的情况时， 需要结合转子绕组的各项 预防性数据、 运行工况及环境因数综合考虑进行分析， 优先采用排 除法对故障点位置进行判断。
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3 原因分析 转子不稳定性接地点， 在不同的电压下， 所测得的绝缘电阻均 会有所不同， 没有形成稳定性金属性直接接地， 无法使用直流压降 法进行诊断判断， 其原因为多方面的， 但主要是发电机转子表面受 油污灰尘积累、 绝缘老化、 受潮等由于运行环境影响等导致。 从转子 绝缘结构上分析， 首先， 线圈与铁芯接地体之间主要的隔离屏障就 是绝缘件， 从所示结构 （图 1 ） 上看， 岩滩公司水轮发电机转子主要 的绝缘部件有转子集电环绝缘支持件， 磁极引线支持件绝缘， 磁极 线圈绝缘， 其中磁极线圈绝缘件有上下层绝缘托板 （序号 14、 15 ） 、 匝 间绝缘、 极身绝缘 （序号 8、 12、 13 ） ， 所有绝缘材料均使用酚醛环氧玻
参考文献
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2015 年第 32 期
科技创新与应用
硅酸系耐高温防氧化涂料的研究 *
赵景涛 张贵杰 邢旭腾
河北 唐山 063009 ） （华北理工大学 冶金与能源学院，
张征平， 汪进锋， 等 . 发电机转子不稳定匝间短路故障诊断 [1] 胡卫， 方法浅析[C]//中国电机工程学会大电机专业委员会 、 中国电工技术 学会大电机专业委员会.2013 年学术年会论文集.2013： 65-68， 76. [2] 陈俊， 谈涛， 王光， 等 . 发电机转子绕组接地故障定位功能的商榷 [J].电力系统自动化， 2011， 35 （21 ） ： 31-33， 73. 作者 简介 ： 班卫东 （1976-） ， 男， 职务： 电气一次专管， 主要从事 电气一次设备的检修试验。
引言 表 2 1000℃时含 TiO2 涂料试样的前后质量 其产量往往是衡量一个国家工业化 钢铁是用途最广泛的材料， 水平和生产能力的重要标志[1]。钢坯和连铸坯在进行初扎前要在加
热炉中加热一定温度， 这一过程会很长时间， 而且炉中存在一些氧
化性气体， 在加热过程中由于气体和金属基体发生化学反应， 导致 由表 1， 2 可得涂覆涂料的试样氧化损失比无涂料的试样减少 脱碳、 氧化和元素贫化问题。 使钢铁表面会生成大量的氧化铁皮， 随 着加热温度升高， 钢材的氧化烧损越严重， 加热时间越长， 氧化铁皮 的要少。 它随温度的 试样加热前后质量差：℃m ℃ m ℃ m 越厚。 且金属的氧化与加热温度和加热时间密切相关[2]， 升高、 加热时间的延长而变得更加严重。 高温氧化还会造成原料、 能 m m 为了提高钢材的成材率， 源和劳动力的浪费[3]。 氧化烧损： 减少消耗， 节约能源， 100 m 很多国家研制生产一些保护涂料来降低钢材在热处理中的高温氧 化问题。 m m 减少氧化烧损： 1 实验设备及材料 100 m 加热炉， 分析天平， 线切割机， 普碳钢 Q235， 硅酸钠， 二氧化硅， 试样在经过 800-1150℃ 加热处理后实验条件是加热温度为 二氧化锆， 氧化铝， 碳化硼， 二氧化钛， 氧化钙等化学用品。 800-1150℃之间， 每隔 50℃， 加热时间为 90min。 2 实验方法 将 Q235 普碳钢用线切割机制作为 60×40×5mm 的试样， 去除表 面油污， 用砂纸将试样表面打磨干净至没有氧化铁皮， 再用酒精清 洗试样表面干净。 将涂料涂覆在试样表面放入加热炉中进行加热实 验。 2.1 对比试验 本实验采用硅酸钠为粘接剂， 主要粉体为二氧化硅， 氧化铝。 首 先验证二氧化锆和二氧化钛的选取问题。选取 60g 二氧化硅， 9g 氧 化铝， 20g 硅酸钠， 向其中分别加入 10g 二氧化锆记为第一组， 加入 10g 二氧化钛记为第二组，涂覆在试样上。每组选取四块试样进行 热处理， 记为 A， B， C， D， 其中 A， B 为有涂料试样， C， D 无涂料。 进行 热处理后质量 试验前， 将试样用分析天平秤重， 实验前质量记为 m1， 记为 m2。 试样在加热炉中加热 90min，加热 温 度分 别 为 800℃ ， 850℃ ， 900℃ ， 950℃ ， 1000℃ ， 1050℃ ， 1100℃ ， 1150℃ 。首先通过试样 图 1 ZrO2 和 TiO2 的效果对比 加热前后的质量损失验证涂料是否有效。 由图 1 可知， 在 1000℃之前， 氧化锆和氧化钛防氧化效果一样， 表 1 1000℃时含 ZrO2 涂料试样的前后质量 但是在 1000℃在 1100℃之间，氧化锆的作用明显比氧化钛的要好。 同时氧化锆加热到 1000℃时发生晶型转变， 由低温下的单斜晶变成 正方晶， 这种转变导致涂层体积膨胀， 使金属在冷却过程中产生巨
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图 1 转子磁极装配结构示意图
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工业技术
摘 要： 针对金属在热处理加工中表面生成的大量氧化铁皮， 研制一种硅酸系的高温防氧化涂料。这种涂料包含硅酸钠， 二氧化 硅， 氧化锆， 氧化铝， 碳化硼及一些特殊物质。 这种涂料能够使金属在热加工中的抗高温氧化达到 1100℃。 通过氧化失重对比试验 表明这种涂料在 1100℃能降低氧化烧损。有效解决了钢铁加热过程中氧化烧损问题， 避免了钢材的浪费。 关键词 ： 硅酸钠； 耐高温； 防氧化； 涂料
1 概述 大唐岩滩水力发电有限责任公司发电机采用哈尔滨电机厂生 产的发电机， 型号为 SF302.5-80/17000， 发电机转子绕组磁极个数 为 80 个，额定励磁电压为 464V，最高励磁电流为 1976A，机组于 1993 年开始投运， 至今运行已达 20 年。 2 问题提出 大唐岩滩水力发电有限责任公司 4 号机组在 2012 年 11 月停 机后 2 小时， 进行大修前进行预防性试验中发现转子绕组对地绝缘 电阻存在不稳定的波动现象， 在电压为 500V 的情况下， 绝缘电阻为 16.6MΩ， 随着试验电压升高至 1000V 时， 绝缘电阻降低为 0.2MΩ 的 不稳定现象， 转子可能存在接地点， 需要对接地缺陷进行分析处理， 具体情况见表 1。 表1 图 2 磁极下层绝缘托板碳化接地 璃胚布压制而成。接地发生点应该在上下层绝缘托板、 极身绝缘部 分， 而从现场的转子表面观察到油污较多及机组运行时机组油雾较 大来看， 转子磁极上下层托板 、 磁极引出线绝缘支持件表面由于外 露受到污染的比较严重， 接地点应该在转子绕组这两个绝缘件部分 的某个元件表面上。其次， 转子的主要绝缘材料均为酚醛环氧玻璃 胚布压制而成。 作为固体绝缘介质， 在高电压下， 机械外力与温度的 变化都会对其介电强度均有影响， 接地点在外力作用或表面温度变 化时， 其绝缘电阻相应的应有所变化， 表现出不稳定接地现象。 而转 子磁极上下层绝缘托板处于在磁极与磁轭之间， 机组运行时， 转子 端部由于漏磁等原因温度较高， 磁极下层托板长期受热导致部分绝 缘材料老化碳化， 绝缘性能下降， 磁极上下层绝缘托板为固体绝缘， 其介电强度随温度升高而增大， 所以运行中不会出现接地情况 。而 在机组停运后， 随着温度的下降， 由于分子间的联系精密， 偶极子转 动比较困难， 绝缘材料的介电强度也很小， 当绝缘托板的介电强度 减弱至特定电压下的放电临界值时， 就会造成转子的不稳定接地。 4 现场处理过程及方法验证 绝缘件外观检查。 我们从转子磁极线圈与铁芯的绝缘件表面及
2015 年第 32 期
工业技术
发电机转子绕组不稳定接地处理办法
班卫东
（大唐岩滩水力发电有限责任公司， 广西 大化 530811 ）
摘 要： 对岩滩发电公司水轮发电机转子绕组预防性试验中出现不稳定接地的情况进行介绍， 对转子接地的原因进行了分析与 判断，介绍了使用兆欧表施加恒定高压试验电压结合外力作用及改变绝缘表面温度查找故障点的方法理论，可供类似情况参 考。 关键词 ： 转子； 不稳定接地； 下层绝缘托板； 处理方法 Abstract: Hydro-generator rotor winding of yantan power generation company in unstable ground preventive test of introduction ， analyzes the reasons of rotor grounding and judgment ，this paper introduces the use of megger constant high pressure test volt － age applied combined with external force and the change of surface temperature insulation malfunction point method theory ，can be used for reference in the similar situation Keywords: rotor; unstable ground; the lower insulation plate; the processing method
大内应力， 使涂层容易剥落。 由此可知氧化锆比氧化钛更为适合。 在
1150℃时，有涂料的试样比无涂料的试样没有良好的防氧化效果， 线圈引出线夹件进行排除， 通过清理线圈表面及引出线部分绝缘件 油污杂质， 测试结果仍然未发生变化。结合固体绝缘的高电压电击 穿理论分析， 我们采用施加施加恒定电压 1000V， 使用胶锤敲击结 合压缩空气吹扫， 逐个对磁极线圈引线接头部位 、 磁极线圈端部的 方法进行检查，当吹扫至 72 号磁极线圈上端部时，兆欧表数值由 0.2MΩ 降至 0.1MΩ 开始发生变化，检查下层绝缘托板两侧表面均 有有微小的黑点分布， 初步判定在该位置存在故障， 将绝缘板表面 绝缘漆及黑点铲出后发现， 该处的绝缘材料已经发生过热碳化发黑 （见图 2 ） 。通过再次复测转子绝缘电阻， 数值由 0.2MΩ 升至 6MΩ， 确定该点处即为转子不稳定接地点。 5 结束语 发电机转子的不稳定接地不是永久性故障，查找比较麻烦， 首 先应确认是励磁电缆、 滑环端的问题， 还是转子磁极上的问题。 如是 转子磁极上的问题， 采用在转子绕组回路上施加恒定高压结合对绝 缘部件进行外力及温度条件变化的方法， 如是表面绝缘问题， 一般 都能够及时发现， 查找的时间较短， 方法比较简单及实用。当然， 采 用其它的方法也能够发现接地点，如大电流击穿法及直流压降发， 各种方法各有利弊， 在发生接地情况时， 要区别对待。 在预防发电机 转子的接地发生工作方面， 还需要做好以下几点： （1 ） 加强转子的检 修质量管理， 严格执行检修现场准入管理制度， 执行检修质量三级 验收制度， 防止因异物在绝缘件表面造成转子接地的缺陷发生。 （2 ） 做好转子防护， 防止转子发生过电压导致绝缘材料产生累积效应发 生损伤形成局部碳化， 绝缘性能下降。 （3 ） 定期对转子进行清扫， 防 止转子铁芯及绕组受机组油雾及风闸粉混合物污染引起接地 。 （4 ） 当发电机转子发生不稳定接地的情况时， 需要结合转子绕组的各项 预防性数据、 运行工况及环境因数综合考虑进行分析， 优先采用排 除法对故障点位置进行判断。
Байду номын сангаас
!"#$% ’( ’( +,
&& ) *
3 原因分析 转子不稳定性接地点， 在不同的电压下， 所测得的绝缘电阻均 会有所不同， 没有形成稳定性金属性直接接地， 无法使用直流压降 法进行诊断判断， 其原因为多方面的， 但主要是发电机转子表面受 油污灰尘积累、 绝缘老化、 受潮等由于运行环境影响等导致。 从转子 绝缘结构上分析， 首先， 线圈与铁芯接地体之间主要的隔离屏障就 是绝缘件， 从所示结构 （图 1 ） 上看， 岩滩公司水轮发电机转子主要 的绝缘部件有转子集电环绝缘支持件， 磁极引线支持件绝缘， 磁极 线圈绝缘， 其中磁极线圈绝缘件有上下层绝缘托板 （序号 14、 15 ） 、 匝 间绝缘、 极身绝缘 （序号 8、 12、 13 ） ， 所有绝缘材料均使用酚醛环氧玻
参考文献
Á Â Á Â Â Ã Ä Å Æ Ç È Á Â
2015 年第 32 期
科技创新与应用
硅酸系耐高温防氧化涂料的研究 *
赵景涛 张贵杰 邢旭腾
河北 唐山 063009 ） （华北理工大学 冶金与能源学院，
张征平， 汪进锋， 等 . 发电机转子不稳定匝间短路故障诊断 [1] 胡卫， 方法浅析[C]//中国电机工程学会大电机专业委员会 、 中国电工技术 学会大电机专业委员会.2013 年学术年会论文集.2013： 65-68， 76. [2] 陈俊， 谈涛， 王光， 等 . 发电机转子绕组接地故障定位功能的商榷 [J].电力系统自动化， 2011， 35 （21 ） ： 31-33， 73. 作者 简介 ： 班卫东 （1976-） ， 男， 职务： 电气一次专管， 主要从事 电气一次设备的检修试验。
引言 表 2 1000℃时含 TiO2 涂料试样的前后质量 其产量往往是衡量一个国家工业化 钢铁是用途最广泛的材料， 水平和生产能力的重要标志[1]。钢坯和连铸坯在进行初扎前要在加
热炉中加热一定温度， 这一过程会很长时间， 而且炉中存在一些氧
化性气体， 在加热过程中由于气体和金属基体发生化学反应， 导致 由表 1， 2 可得涂覆涂料的试样氧化损失比无涂料的试样减少 脱碳、 氧化和元素贫化问题。 使钢铁表面会生成大量的氧化铁皮， 随 着加热温度升高， 钢材的氧化烧损越严重， 加热时间越长， 氧化铁皮 的要少。 它随温度的 试样加热前后质量差：℃m ℃ m ℃ m 越厚。 且金属的氧化与加热温度和加热时间密切相关[2]， 升高、 加热时间的延长而变得更加严重。 高温氧化还会造成原料、 能 m m 为了提高钢材的成材率， 源和劳动力的浪费[3]。 氧化烧损： 减少消耗， 节约能源， 100 m 很多国家研制生产一些保护涂料来降低钢材在热处理中的高温氧 化问题。 m m 减少氧化烧损： 1 实验设备及材料 100 m 加热炉， 分析天平， 线切割机， 普碳钢 Q235， 硅酸钠， 二氧化硅， 试样在经过 800-1150℃ 加热处理后实验条件是加热温度为 二氧化锆， 氧化铝， 碳化硼， 二氧化钛， 氧化钙等化学用品。 800-1150℃之间， 每隔 50℃， 加热时间为 90min。 2 实验方法 将 Q235 普碳钢用线切割机制作为 60×40×5mm 的试样， 去除表 面油污， 用砂纸将试样表面打磨干净至没有氧化铁皮， 再用酒精清 洗试样表面干净。 将涂料涂覆在试样表面放入加热炉中进行加热实 验。 2.1 对比试验 本实验采用硅酸钠为粘接剂， 主要粉体为二氧化硅， 氧化铝。 首 先验证二氧化锆和二氧化钛的选取问题。选取 60g 二氧化硅， 9g 氧 化铝， 20g 硅酸钠， 向其中分别加入 10g 二氧化锆记为第一组， 加入 10g 二氧化钛记为第二组，涂覆在试样上。每组选取四块试样进行 热处理， 记为 A， B， C， D， 其中 A， B 为有涂料试样， C， D 无涂料。 进行 热处理后质量 试验前， 将试样用分析天平秤重， 实验前质量记为 m1， 记为 m2。 试样在加热炉中加热 90min，加热 温 度分 别 为 800℃ ， 850℃ ， 900℃ ， 950℃ ， 1000℃ ， 1050℃ ， 1100℃ ， 1150℃ 。首先通过试样 图 1 ZrO2 和 TiO2 的效果对比 加热前后的质量损失验证涂料是否有效。 由图 1 可知， 在 1000℃之前， 氧化锆和氧化钛防氧化效果一样， 表 1 1000℃时含 ZrO2 涂料试样的前后质量 但是在 1000℃在 1100℃之间，氧化锆的作用明显比氧化钛的要好。 同时氧化锆加热到 1000℃时发生晶型转变， 由低温下的单斜晶变成 正方晶， 这种转变导致涂层体积膨胀， 使金属在冷却过程中产生巨
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图 1 转子磁极装配结构示意图
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工业技术
摘 要： 针对金属在热处理加工中表面生成的大量氧化铁皮， 研制一种硅酸系的高温防氧化涂料。这种涂料包含硅酸钠， 二氧化 硅， 氧化锆， 氧化铝， 碳化硼及一些特殊物质。 这种涂料能够使金属在热加工中的抗高温氧化达到 1100℃。 通过氧化失重对比试验 表明这种涂料在 1100℃能降低氧化烧损。有效解决了钢铁加热过程中氧化烧损问题， 避免了钢材的浪费。 关键词 ： 硅酸钠； 耐高温； 防氧化； 涂料
1 概述 大唐岩滩水力发电有限责任公司发电机采用哈尔滨电机厂生 产的发电机， 型号为 SF302.5-80/17000， 发电机转子绕组磁极个数 为 80 个，额定励磁电压为 464V，最高励磁电流为 1976A，机组于 1993 年开始投运， 至今运行已达 20 年。 2 问题提出 大唐岩滩水力发电有限责任公司 4 号机组在 2012 年 11 月停 机后 2 小时， 进行大修前进行预防性试验中发现转子绕组对地绝缘 电阻存在不稳定的波动现象， 在电压为 500V 的情况下， 绝缘电阻为 16.6MΩ， 随着试验电压升高至 1000V 时， 绝缘电阻降低为 0.2MΩ 的 不稳定现象， 转子可能存在接地点， 需要对接地缺陷进行分析处理， 具体情况见表 1。 表1 图 2 磁极下层绝缘托板碳化接地 璃胚布压制而成。接地发生点应该在上下层绝缘托板、 极身绝缘部 分， 而从现场的转子表面观察到油污较多及机组运行时机组油雾较 大来看， 转子磁极上下层托板 、 磁极引出线绝缘支持件表面由于外 露受到污染的比较严重， 接地点应该在转子绕组这两个绝缘件部分 的某个元件表面上。其次， 转子的主要绝缘材料均为酚醛环氧玻璃 胚布压制而成。 作为固体绝缘介质， 在高电压下， 机械外力与温度的 变化都会对其介电强度均有影响， 接地点在外力作用或表面温度变 化时， 其绝缘电阻相应的应有所变化， 表现出不稳定接地现象。 而转 子磁极上下层绝缘托板处于在磁极与磁轭之间， 机组运行时， 转子 端部由于漏磁等原因温度较高， 磁极下层托板长期受热导致部分绝 缘材料老化碳化， 绝缘性能下降， 磁极上下层绝缘托板为固体绝缘， 其介电强度随温度升高而增大， 所以运行中不会出现接地情况 。而 在机组停运后， 随着温度的下降， 由于分子间的联系精密， 偶极子转 动比较困难， 绝缘材料的介电强度也很小， 当绝缘托板的介电强度 减弱至特定电压下的放电临界值时， 就会造成转子的不稳定接地。 4 现场处理过程及方法验证 绝缘件外观检查。 我们从转子磁极线圈与铁芯的绝缘件表面及