0 引言
水轮发电机在运行中由于碳粉和油雾的混合物附着在刷架拉杆绝缘子、集电环支臂及支撑绝缘子处,使带电部分与大地发生间接电气联系,造成绝缘下降,影响发电机安全稳定运行;经分析后,提出延长上导油槽通气窗管路的做法,让油雾经转子旋转产生的风力带出滑环室,从而有效分离了油雾和碳粉的混合,在后期发电机运行中转子绝缘有了显着改善,且机罩内油污不再出现,减少了维护量.
1 机组概述
新疆伊犁库什塔依水电站4台水轮发电机采用福建南电股份公司生产的立式悬吊型水轮发电机组,1号机组和2号机组为大机组,装机容量分别为35 MW,机组型号为SF35-24/5700,3号机组和4号机组为小机组,装机容量分别为15 MW,机组型号为SF15-16/3800,大机额定转速为250 r/min,小机额定转速为375 r/min,机组转速比较大导致碳粉磨损比较严重,该站首台发电机组于2013年1月并网运行.
2 现象及异常分析
随着机组运行时间推移,1号发电机 (装机35 MW)转子绝缘状况不佳,绝缘强度难以保证机组正常运行.停机后用500 V摇表测量转子绝缘,发现阻值不到0.1 MΩ.维护人员发现发电机上机架盖板处、碳刷支架及滑环支臂处堆满了碳粉和油污的混合颗粒,随即对集电环室设备进行擦拭清理,清理干净后测得转子绝缘大于500 MΩ,具备投运条件,1号发电机随即投入运行.在1号机组正常停机过程中,发电机保护装置SDG833发出"失磁一时限保护"动作,机组立即开始电气事故停机流程,经维护人员对机组励磁系统检查后发现转子绝缘对地阻值为0 MΩ,且发电机碳刷拉杆绝缘子及滑环支臂处堆满碳粉和油雾混合颗粒.针对此现象分析原因如下.
a) 检查1号机组发电机上下集电环表面,发现下集电环表面划痕较为严重,表面比较粗糙,光洁度不够,且有灼伤痕迹.碳刷没有破损、掉边、掉角等现象,磨损较为严重,碳粉最多.对比3号机组及4号机组,发现这2台小机组的碳刷磨损较少,且小机组转速比大机组转速高,因碳刷都是同一批次采购,说明碳粉多不是因为碳刷材质不满足要求,而是因为集电环表面粗糙而增加了碳刷磨损,使得碳粉最多;
b) 1号机组发电机转子近2个月的上导X方向及Y方向摆度值在220 μm以内,上机架水平振动X及Y振动值和垂直方向振动值在10 μm以内,各值都符合机组振摆在线监测要求,可排除由于转子振摆过大而导致碳刷磨损严重的可能性;
c) 下集电环处及刷握处的碳粉堆积较严重,且碳粉已被油雾混合,具有吸附性.由于机组旋转摩擦产生的碳粉被滑环旋转带动的风力吹到碳刷支架及各部,且在此过程中混合了热油雾,使得转子绝缘降低;滑环室内的4个上导油槽通气窗管较延长段较短,热油雾无法被档在油槽中,导致大量油雾透过通气窗进入滑环室与碳粉混合;
d) 1号发电机上导油槽出现过甩油现象.当时发现发电机转子及定子处有大量油迹,经检查发现漏油是从发电机转子推力头内侧与油盆对接处溢出,检查上导油盆内推力头上部通气孔及接合轴瓦处通油孔均未堵塞,上导油盆通气窗也未堵塞.分析甩油原因是由于机组运行时,随着机组大转速运行,在转子与油盆对接空间内形成负压,由于负压存在,就要在上导油盆内吸气以满足油盆内气压平衡.在油盆通气窗无法满足吸气要求时,油盆内汽轮机油就被吸出,造成1号机组甩油事故 (见图1).通过采取取出上导油盆盖与转子接缝处用压板压接密封毛毡,以便增大油盆通气量,破坏负压形成的真空,从而防止了机组甩油现象发生.但是由于这样的做法增加通气量的同时也导致了上导油盆密封效果变差,油盆内热油雾从该缝隙中挥发到滑环室,这也就导致了碳粉在碳刷支架等处堆积;
e) 对比分析出2台大机的上导油槽通气窗口在滑环室内部,2台小机的上导油槽通气窗口在滑环室外部,滑环室内的滑环及刷架处堆积碳粉较少,碳粉大部分掉落在油盆盖上.因小机发电机机罩外有玻璃罩子盖住 (此玻璃罩子是为了发电机层美观而做),所以滑环室窗口上方玻璃面上有油污现象;可分析出上岛油盆通气窗设计存在缺陷,通气窗延伸段较短,导致油雾从该窗口内溢出;
f) 发电机上导油槽内热油随转子轴领旋转而翻腾,从而产生油雾,大量油雾从通气窗管内绕过挡油板的冷却阻挡进入滑环室,且与碳粉混合后形成吸附力较强的混合物.该混合物具备一定导电性能,粘附在刷架拉杆绝缘子、集电环支撑绝缘子处,使带电部分与大地发生间接电气联系,造成绝缘下降.刷架、滑环支臂及支撑绝缘子处有较重积污,致使发电机转子对地绝缘阻值下降严重,为发电机安全稳定运行带来隐患.而2台小机滑环室内的碳粉由于没有与油雾混合,碳粉随滑环高速旋转带动的气流被吹走,碳刷架处碳粉很少有堆积,从而转子绝缘没有降低.
在观察中发现碳粉和油雾的混合颗粒使得滑环表面进一步脏污,接触电阻同步增大,有些还粘附在刷握里造成碳刷卡阻,这种滑环表面严重脏污及碳刷卡阻现象,也是造成碳刷打火、滑环电化腐蚀、滑环表面凹凸不平的原因.
3 解决方法
针对1号发电机转子实际情况,目前暂时不能对转子滑环表面进行抛光处理,提出在原上导油槽通气窗延长通气管路的做法 (见图2).做直径70 mm的弯接头钢管,与延伸钢管焊接后再与通气管焊接,并在通气窗中焊接半圆形挡油板若干,挡油板在通气窗内上下错开对称焊接,焊接完后清理干净焊渣,再延伸钢管端部焊接十字对称的抓手,用以挂接通气窗床罩,让新做的通气窗口正对滑环室窗口.这就使得发电机在运行中产生的油雾通过通气窗冷却作用而凝结成油珠,油珠再流回油槽中,防止了油雾与碳粉混合.延长后的通气窗窗口正对滑环室网格窗口,以便没有来得及冷却的少量油雾经滑环旋转带动的顺时针风力带出滑环室.且碳刷摩擦产生的碳粉也被滑环高速旋转中产生风力吹散,使其难以附着在碳刷拉杆绝缘子和集电环支撑绝缘子表面,从而碳粉与油雾混合物对转子绝缘的威胁得到有效控制.
4 结语
通过延长通气管,1号机组投入运行2个月后再观察,发现发电机上机架盖板处、碳刷支架及滑环支臂处碳粉堆积明显减少,这就保障了机组能长时间安全稳定运行,提高经济效益.
