傅守權(quán) 紀(jì)慶周

(遼寧省柴河水庫(kù)管理局，遼寧 鐵嶺 112000)

柴河電站1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子故障分析及處理

傅守權(quán) 紀(jì)慶周

(遼寧省柴河水庫(kù)管理局，遼寧 鐵嶺 112000)

水輪發(fā)電機(jī)組作為水電站電能生產(chǎn)的主要設(shè)備,對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。機(jī)組轉(zhuǎn)子故障是影響機(jī)組發(fā)電質(zhì)量及正常運(yùn)行的重要因素。本文針對(duì)柴河電站1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生的故障，對(duì)故障原因進(jìn)行了分析,提出了合理的處理方案，取得了良好的效果。

水輪發(fā)電機(jī)組；轉(zhuǎn)子故障；處理

1 概 述

柴河電站位于遼寧省鐵嶺市鐵嶺縣熊官屯鎮(zhèn)，為壩后式電站。電站1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)3200kW，水輪機(jī)型號(hào)為HL240-LJ-140，發(fā)電機(jī)型號(hào)為TS325/36-25(發(fā)電機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)右表)。

2016年11月29日8時(shí)15分，柴河電站1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組正常發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)電機(jī)蓋板下方出現(xiàn)火花，并伴隨機(jī)組很大異常聲響，中控室后臺(tái)同時(shí)出現(xiàn)勵(lì)磁故障、強(qiáng)勵(lì)等報(bào)警。過(guò)流三段保護(hù)動(dòng)作，隨后機(jī)組飛車過(guò)速，同時(shí)，機(jī)組過(guò)速保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組事故停機(jī)。

發(fā)電機(jī)主要參數(shù)表

2 故障查找及原因分析

2.1 故障點(diǎn)查找

1號(hào)機(jī)組事故停機(jī)后，初步確定事故部位為發(fā)電機(jī)部分。首先利用2500V搖表對(duì)發(fā)電機(jī)的定子三相之間的相間絕緣及對(duì)地絕緣進(jìn)行試驗(yàn)：將發(fā)電機(jī)定子的出口電纜及中性點(diǎn)電纜拆下，測(cè)發(fā)電機(jī)定子對(duì)地絕緣及相間絕緣。經(jīng)試驗(yàn)，無(wú)論是定子對(duì)地絕緣還是相間絕緣，絕緣電阻都在1000MΩ以上，定子絕緣良好。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣測(cè)試：將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈與集電環(huán)分開(kāi)，利用500V搖表測(cè)量轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣，轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣電阻為0，說(shuō)明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣已經(jīng)損壞。確定此次機(jī)組故障部位為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。

拆開(kāi)發(fā)電機(jī)上蓋板及相應(yīng)處擋風(fēng)板，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的四號(hào)磁極的側(cè)面已燒黑，而三號(hào)磁極與四號(hào)磁極連接處的磁極引線有明顯的燒損現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吊出機(jī)坑后，發(fā)現(xiàn)四號(hào)磁極與三號(hào)磁極連接處的銅排靠近四號(hào)磁極的極靴根部處被燒斷。最終確定故障部位為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子四號(hào)磁極(見(jiàn)下圖)。

轉(zhuǎn)子磁極故障部位

2.2 故障原因分析

柴河電站1號(hào)機(jī)組1976年投產(chǎn)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子至今已運(yùn)行40余年，轉(zhuǎn)子磁極極身絕緣是玻璃云母箔和黃玻璃漆布復(fù)合絕緣，整個(gè)磁極采用“B”級(jí)絕緣，絕緣等級(jí)本身相對(duì)不高。

轉(zhuǎn)子在四號(hào)磁極與三號(hào)磁極連接處，靠近四號(hào)磁極極靴邊緣處的絕緣電木相對(duì)較薄，是薄弱環(huán)節(jié)，且經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，出現(xiàn)絕緣老化。若機(jī)組出現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓突然升高、電網(wǎng)電壓波動(dòng)、雷電感應(yīng)、發(fā)電機(jī)突然強(qiáng)勵(lì)等現(xiàn)象，均容易造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓的升高，在轉(zhuǎn)子絕緣薄弱處會(huì)出現(xiàn)緩慢的間歇性放電現(xiàn)象，長(zhǎng)期放電加速了絕緣老化和碳化，最終該處承受不住正常的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓而造成弧光，從而燒斷該處的轉(zhuǎn)子磁極銅排。運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)由于轉(zhuǎn)子銅排燒斷無(wú)法構(gòu)成回路，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失去勵(lì)磁電流。沒(méi)有了勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子阻尼鼠籠繞組的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)產(chǎn)生很大的異常聲響，同時(shí)，發(fā)電機(jī)定子會(huì)過(guò)電流，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，出口開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，機(jī)組甩負(fù)荷造成了機(jī)組過(guò)速，繼而機(jī)組過(guò)速保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組事故停機(jī)。

3 故障處理

如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極本身絕緣老化嚴(yán)重或線圈燒損嚴(yán)重，必須將磁極線圈拆除，重新進(jìn)行絕緣或更換磁極線圈。柴河電站1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極的磁極引線燒斷，磁極絕緣損壞嚴(yán)重，因此，需要拆除故障磁極。

3.1 故障磁極的拆卸

將故障磁極即四號(hào)磁極的四條定位鍵的焊點(diǎn)用旋轉(zhuǎn)銑刀及角磨機(jī)切片，把焊點(diǎn)切開(kāi)。四根鍵中，有兩個(gè)根鍵是從上面向下打進(jìn)鍵槽的。在這兩個(gè)上打鍵的上端部焊上吊環(huán)用吊車向上撥鍵，同時(shí)用千金頂從轉(zhuǎn)子下端向上頂鍵，緩慢將該磁極的兩個(gè)上打鍵撥出，取出其余兩個(gè)配合鍵，用吊帶捆好四號(hào)磁極，用吊車將其吊出。

3.2 故障磁極的處理

3.2.1 方案選擇

針對(duì)此次轉(zhuǎn)子磁極故障情況，提出兩套處理方案：

方案一：對(duì)四號(hào)磁極進(jìn)行修復(fù)處理，對(duì)磁極絕緣損壞、線圈暴露部分重新做絕緣，更換燒損的磁極引線，更換磁極引線與極靴之間的絕緣墊板，對(duì)未損傷磁極部位做刷絕緣漆處理。

方案二：重新定做一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極，更換新磁極。由于柴河電站1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子生產(chǎn)已超過(guò)40年，隨著磁極的更新?lián)Q代，磁極生產(chǎn)廠家無(wú)該產(chǎn)品的備品備件，需重新定做。生產(chǎn)新的磁極需要4～5個(gè)月時(shí)間，周期長(zhǎng)，并且重新做模具，工序繁瑣，價(jià)格昂貴，一個(gè)磁極價(jià)格在4萬(wàn)～5萬(wàn)元左右?？紤]到方案二歷時(shí)周期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性差，無(wú)法滿足機(jī)組4月份并網(wǎng)發(fā)電的需求，最終選擇方案一。

3.2.2 磁極絕緣的修復(fù)處理

原磁極線圈是用4mm×40mm鋁帶扁繞而成，匝間墊以浸透絕緣的石棉紙，首末兩匝半疊包醇酸玻璃云母帶及玻璃絲帶以加強(qiáng)絕緣，磁極線圈出線處均焊有鋁銅接頭，引出線為0.5mm厚軟銅帶并用銀焊焊在鋁銅接頭上。此次修復(fù)所用的絕緣材料與原磁極生產(chǎn)時(shí)所用絕緣材料基本一致。

首先進(jìn)行線圈和極靴的分解，將線圈從極靴上取下后，由于靠近損壞處的前四匝線圈被弧光碳化，因此，對(duì)前四匝絕緣碳化的部分進(jìn)行清理，將疊包在線圈上的碳化醇酸玻璃云母帶及玻璃絲帶清理后，用酒精清洗干凈。然后對(duì)燒斷磁極引線處進(jìn)行處理。從轉(zhuǎn)子線圈燒斷側(cè)拆下鉚固橫向銅排的四個(gè)M5的鉚釘，拆除用錫焊接損壞的50mm寬銅排四片，重新購(gòu)買厚度為0.5mm的紫銅板，切成寬50mm、長(zhǎng)200mm的銅排四片，并且對(duì)應(yīng)原來(lái)線圈銅排的四個(gè)鉚釘孔，把四片新銅排用電鉆打出四個(gè)M5的孔，再用錫鍋把新的銅排每片都掛好薄薄一層導(dǎo)電的錫，用新采購(gòu)的M5的銅鉚釘，把新的200mm長(zhǎng)的四片銅排重新鉚固到原來(lái)的轉(zhuǎn)子線圈上，鉚固完畢，再用火焊和焊錫焊接一遍，使之連接牢固熔在一起，溫度降下來(lái)后再用酒精清洗一遍。最后對(duì)清洗后的四匝磁極線圈和磁極引線進(jìn)行絕緣包扎。先用絕緣漆刷一遍裸露的磁極線圈和引線，然后用波璃絲布帶疊包，每包一層波璃絲帶涂一層絕緣漆，共疊包四層。在處理的四匝線圈的層間還放置0.5mm的環(huán)氧布板墊層，增強(qiáng)匝間絕緣。

磁極線圈與磁軛連接處原有5mm厚的兩片橢圓形墊圈，作為磁軛與磁極之間的絕緣，由于多年運(yùn)行，墊圈部分碳化，絕緣降低。對(duì)碳化墊圈進(jìn)行處理，重新涂上絕緣漆，并重新制作兩個(gè)1mm厚橢圓形墊圈，墊在原5mm厚的兩片橢圓形墊圈上，大大增加了磁極與磁軛之間的絕緣。把已處理好的磁極線圈整體套裝到極靴上，極靴鐵芯與線圈之間原來(lái)的絕緣紙良好，為增加絕緣，在極靴的上下兩側(cè)用2mm厚的環(huán)氧布板墊好，同時(shí)將新的0.5mm厚的環(huán)氧布板彎成橢圓形，在線圈與鐵芯之間繞360°，墊上一圈并留有搭接量，使線圈和鐵芯之間的絕緣電阻大大增強(qiáng)。

3.2.3 磁極的整形與干燥

由于對(duì)四匝線圈的絕緣進(jìn)行了處理，增加了橢圓形絕緣墊圈，導(dǎo)致線圈發(fā)生變形即線圈的整體厚度有所增加。為了能和原來(lái)的磁極線圈厚度一致，采用100的槽鋼做了兩個(gè)四方框，用兩個(gè)千斤頂并用木方墊在千斤頂下，千斤頂頂住槽鋼外框，使之給線圈加力，整形到原來(lái)狀態(tài)。用千斤頂壓住后，在磁極線圈的全方位再涂絕緣漆，在線圈的兩側(cè)用兩臺(tái)熱風(fēng)機(jī)對(duì)線圈進(jìn)行加熱，24h后，絕緣漆固化完畢。

3.2.4 磁極的回裝及磁極間引線的連接

四號(hào)磁極修復(fù)完畢后，進(jìn)行回裝，將鍵重新打入鍵槽固定磁極，磁極保持和修復(fù)前高度一樣，因?yàn)樵摯艠O下端原焊接有擋塊，高度不變，兩側(cè)鍵打緊后，鍵的上部高度和原來(lái)其它磁極鍵的高度一致，并進(jìn)行焊接，鍵的上下兩面即轉(zhuǎn)子的上面與下面全部焊接，進(jìn)行三號(hào)磁極和四號(hào)磁極、四號(hào)磁極和五號(hào)磁極的磁極引線的連接處理。在四號(hào)磁極兩側(cè)連接之前，先把兩側(cè)銅排鉆好M12的孔，并且用1.5mm、厚50mm寬的銅板做面U形箍，側(cè)面也鉆M12的孔，用U形箍套入引線接頭后，用M12的紫銅螺栓把四號(hào)磁極的兩側(cè)引線銅排分別與三號(hào)磁極和五號(hào)磁極的引線銅排把合牢固，同時(shí)對(duì)兩側(cè)的銅螺栓進(jìn)行打點(diǎn)鉚固，防止銅螺栓脫扣，然后用火焊及焊錫進(jìn)行再一次的焊接，直到各銅排之間所有縫隙灌滿錫為止，并快速用絕緣布擦干凈。待兩側(cè)引線溫度降下來(lái)后，進(jìn)行兩側(cè)接頭的絕緣處理。用1038絕緣漆刷一遍后包一層玻璃布帶，每刷一層絕緣漆疊包一層布帶，共包10層。同時(shí)在四號(hào)及三號(hào)磁極的引線處重新墊上一塊新的10mm厚的電木板，兩側(cè)做楔形處理并分別插入兩側(cè)磁極的極靴內(nèi)，用玻璃布帶綁扎牢固并刷絕緣漆加熱固化，全部完畢后，轉(zhuǎn)子整體噴快干海洋灰色絕緣漆。

4 磁極電氣試驗(yàn)

4.1 四號(hào)磁極單獨(dú)電氣試驗(yàn)

四號(hào)磁極修復(fù)完成后，分別對(duì)磁極進(jìn)行了絕緣泄露試驗(yàn)、直流電阻試驗(yàn)及交流阻抗試驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與三號(hào)磁極測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

用500V搖表對(duì)四號(hào)磁極進(jìn)行絕緣泄露測(cè)試，該磁極的絕緣電阻為無(wú)窮大，換用1000V搖表測(cè)試，電阻值仍為無(wú)窮大，四號(hào)磁極修復(fù)后絕緣狀況良好。

對(duì)四號(hào)磁極進(jìn)行直流電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)溫度為19.5℃，四號(hào)磁極直流電阻為1.17V/100A=0.02Ω。三號(hào)磁極在溫度為9℃時(shí)，直流電阻為1.07V/100A=0.01Ω，除去溫度對(duì)阻值的影響，四號(hào)與三號(hào)磁極的直流電阻值基本相同。

對(duì)修復(fù)后的四號(hào)磁極進(jìn)行交流阻抗試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)四號(hào)磁極線圈溫度為19.5℃，加入1A的交流電流，測(cè)得四號(hào)磁極兩引線端電壓為2.20V，其交流阻抗即為2.20Ω。三號(hào)磁極線圈溫度為9℃，測(cè)得三號(hào)磁極兩引線端電壓值為2.10V，其交流阻抗即為2.10Ω。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)磁極試驗(yàn)結(jié)果基本一致，說(shuō)明修復(fù)后的四號(hào)磁極各方面參數(shù)和其它磁極基本一致，修復(fù)效果良好。

4.2 磁極回裝后轉(zhuǎn)子整體電氣試驗(yàn)

轉(zhuǎn)子組裝完成后，對(duì)轉(zhuǎn)子整體進(jìn)行了各類電氣試驗(yàn)：用1000V搖表測(cè)試，轉(zhuǎn)子整體的絕緣電阻為無(wú)窮大；轉(zhuǎn)子整體的1A交流阻抗為52.20Ω；轉(zhuǎn)子整體直流電阻為21.30V/100A=0.21Ω(轉(zhuǎn)子整體溫度9℃)；轉(zhuǎn)子交流耐壓試驗(yàn)：試驗(yàn)交流電壓為1200V，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)1min，交流耐壓試驗(yàn)完畢后，用500V搖表測(cè)得轉(zhuǎn)子的絕緣電阻為無(wú)窮大。

通過(guò)轉(zhuǎn)子整體試驗(yàn)，說(shuō)明轉(zhuǎn)子修復(fù)后整體絕緣狀況良好，修復(fù)磁極與相鄰磁極之間的連接良好。

5 結(jié) 語(yǔ)

柴河電站1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組通過(guò)轉(zhuǎn)子故障修復(fù)，大大增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子磁極絕緣，機(jī)組經(jīng)過(guò)48h試運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，各類電氣參數(shù)正常。在今后的運(yùn)行檢修過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)子磁極的維護(hù)與試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，防止此類事故再次發(fā)生。

[1] 郭時(shí)珍.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極絕緣降低的故障分析及處理[J].電網(wǎng)與清潔能源，2008(2):51-54.

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Faults Anacysis and Treatment of No.1 Hydroelectric Generating Set unit Rotor in Chaihe Power Station

FU Shouquan, JI Qingzhou

(LiaoningChaiheReservoirAuthority,Tieling112000,China)

Hydroelectric generationg set, as main equipment for electrical energy generation in hydropower station, plays an important role to safe and stable operation of power system. The fault of the unit rotor is an important factor affecting unit power generation quality and normal operation. In the paper, fault reasons are analyzed, rational treatment plans are proposed, and excellent effects are obtained aiming at the fault of No. 1 hydroelectric generating set rotor magnetic pole in Chaihe Power Station.

hydroelectric generating set; rotor fault; treatment

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.06.009

TV734.2

A

1673-8241(2017)06- 0036- 04