0 引言
水輪發電機在運行中由于碳粉和油霧的混合物附著在刷架拉桿絕緣子、集電環支臂及支撐絕緣子處,使帶電部分與大地發生間接電氣聯系,造成絕緣下降,影響發電機安全穩定運行;經分析后,提出延長上導油槽通氣窗管路的做法,讓油霧經轉子旋轉產生的風力帶出滑環室,從而有效分離了油霧和碳粉的混合,在后期發電機運行中轉子絕緣有了顯著改善,且機罩內油污不再出現,減少了維護量.
1 機組概述
新疆伊犁庫什塔依水電站4臺水輪發電機采用福建南電股份公司生產的立式懸吊型水輪發電機組,1號機組和2號機組為大機組,裝機容量分別為35 MW,機組型號為SF35-24/5700,3號機組和4號機組為小機組,裝機容量分別為15 MW,機組型號為SF15-16/3800,大機額定轉速為250 r/min,小機額定轉速為375 r/min,機組轉速比較大導致碳粉磨損比較嚴重,該站首臺發電機組于2013年1月并網運行.
2 現象及異常分析
隨著機組運行時間推移,1號發電機 \\(裝機35 MW\\)轉子絕緣狀況不佳,絕緣強度難以保證機組正常運行.停機后用500 V搖表測量轉子絕緣,發現阻值不到0.1 MΩ.維護人員發現發電機上機架蓋板處、碳刷支架及滑環支臂處堆滿了碳粉和油污的混合顆粒,隨即對集電環室設備進行擦拭清理,清理干凈后測得轉子絕緣大于500 MΩ,具備投運條件,1號發電機隨即投入運行.在1號機組正常停機過程中,發電機保護裝置SDG833發出"失磁一時限保護"動作,機組立即開始電氣事故停機流程,經維護人員對機組勵磁系統檢查后發現轉子絕緣對地阻值為0 MΩ,且發電機碳刷拉桿絕緣子及滑環支臂處堆滿碳粉和油霧混合顆粒.針對此現象分析原因如下.
a\\) 檢查1號機組發電機上下集電環表面,發現下集電環表面劃痕較為嚴重,表面比較粗糙,光潔度不夠,且有灼傷痕跡.碳刷沒有破損、掉邊、掉角等現象,磨損較為嚴重,碳粉最多.對比3號機組及4號機組,發現這2臺小機組的碳刷磨損較少,且小機組轉速比大機組轉速高,因碳刷都是同一批次采購,說明碳粉多不是因為碳刷材質不滿足要求,而是因為集電環表面粗糙而增加了碳刷磨損,使得碳粉最多;
b\\) 1號機組發電機轉子近2個月的上導X方向及Y方向擺度值在220 μm以內,上機架水平振動X及Y振動值和垂直方向振動值在10 μm以內,各值都符合機組振擺在線監測要求,可排除由于轉子振擺過大而導致碳刷磨損嚴重的可能性;
c\\) 下集電環處及刷握處的碳粉堆積較嚴重,且碳粉已被油霧混合,具有吸附性.由于機組旋轉摩擦產生的碳粉被滑環旋轉帶動的風力吹到碳刷支架及各部,且在此過程中混合了熱油霧,使得轉子絕緣降低;滑環室內的4個上導油槽通氣窗管較延長段較短,熱油霧無法被檔在油槽中,導致大量油霧透過通氣窗進入滑環室與碳粉混合;
d\\) 1號發電機上導油槽出現過甩油現象.當時發現發電機轉子及定子處有大量油跡,經檢查發現漏油是從發電機轉子推力頭內側與油盆對接處溢出,檢查上導油盆內推力頭上部通氣孔及接合軸瓦處通油孔均未堵塞,上導油盆通氣窗也未堵塞.分析甩油原因是由于機組運行時,隨著機組大轉速運行,在轉子與油盆對接空間內形成負壓,由于負壓存在,就要在上導油盆內吸氣以滿足油盆內氣壓平衡.在油盆通氣窗無法滿足吸氣要求時,油盆內汽輪機油就被吸出,造成1號機組甩油事故 \\(見圖1\\).通過采取取出上導油盆蓋與轉子接縫處用壓板壓接密封毛氈,以便增大油盆通氣量,破壞負壓形成的真空,從而防止了機組甩油現象發生.但是由于這樣的做法增加通氣量的同時也導致了上導油盆密封效果變差,油盆內熱油霧從該縫隙中揮發到滑環室,這也就導致了碳粉在碳刷支架等處堆積;
e\\) 對比分析出2臺大機的上導油槽通氣窗口在滑環室內部,2臺小機的上導油槽通氣窗口在滑環室外部,滑環室內的滑環及刷架處堆積碳粉較少,碳粉大部分掉落在油盆蓋上.因小機發電機機罩外有玻璃罩子蓋住 \\(此玻璃罩子是為了發電機層美觀而做\\),所以滑環室窗口上方玻璃面上有油污現象;可分析出上島油盆通氣窗設計存在缺陷,通氣窗延伸段較短,導致油霧從該窗口內溢出;
f\\) 發電機上導油槽內熱油隨轉子軸領旋轉而翻騰,從而產生油霧,大量油霧從通氣窗管內繞過擋油板的冷卻阻擋進入滑環室,且與碳粉混合后形成吸附力較強的混合物.該混合物具備一定導電性能,粘附在刷架拉桿絕緣子、集電環支撐絕緣子處,使帶電部分與大地發生間接電氣聯系,造成絕緣下降.刷架、滑環支臂及支撐絕緣子處有較重積污,致使發電機轉子對地絕緣阻值下降嚴重,為發電機安全穩定運行帶來隱患.而2臺小機滑環室內的碳粉由于沒有與油霧混合,碳粉隨滑環高速旋轉帶動的氣流被吹走,碳刷架處碳粉很少有堆積,從而轉子絕緣沒有降低.
在觀察中發現碳粉和油霧的混合顆粒使得滑環表面進一步臟污,接觸電阻同步增大,有些還粘附在刷握里造成碳刷卡阻,這種滑環表面嚴重臟污及碳刷卡阻現象,也是造成碳刷打火、滑環電化腐蝕、滑環表面凹凸不平的原因.
3 解決方法
針對1號發電機轉子實際情況,目前暫時不能對轉子滑環表面進行拋光處理,提出在原上導油槽通氣窗延長通氣管路的做法 \\(見圖2\\).做直徑70 mm的彎接頭鋼管,與延伸鋼管焊接后再與通氣管焊接,并在通氣窗中焊接半圓形擋油板若干,擋油板在通氣窗內上下錯開對稱焊接,焊接完后清理干凈焊渣,再延伸鋼管端部焊接十字對稱的抓手,用以掛接通氣窗床罩,讓新做的通氣窗口正對滑環室窗口.這就使得發電機在運行中產生的油霧通過通氣窗冷卻作用而凝結成油珠,油珠再流回油槽中,防止了油霧與碳粉混合.延長后的通氣窗窗口正對滑環室網格窗口,以便沒有來得及冷卻的少量油霧經滑環旋轉帶動的順時針風力帶出滑環室.且碳刷摩擦產生的碳粉也被滑環高速旋轉中產生風力吹散,使其難以附著在碳刷拉桿絕緣子和集電環支撐絕緣子表面,從而碳粉與油霧混合物對轉子絕緣的威脅得到有效控制.
4 結語
通過延長通氣管,1號機組投入運行2個月后再觀察,發現發電機上機架蓋板處、碳刷支架及滑環支臂處碳粉堆積明顯減少,這就保障了機組能長時間安全穩定運行,提高經濟效益.