悬吊式发电机磁极接地处理工艺

2017-05-06吴良春杨应武

水电站机电技术 2017年4期

关键词：滑环磁极处理工艺

吴良春，杨应武

（阿坝水电开发有限公司，四川成都610041）

悬吊式发电机磁极接地处理工艺

吴良春，杨应武

（阿坝水电开发有限公司，四川成都610041）

水轮发电机组投运后转子接地故障现象不能避免，如果故障点发生在磁极线圈上，则处理费用大、工期长。本文通过介绍某水电站1F机组转子磁极线圈发生接地后的排查和处理工艺，为悬吊式发电机组出现此类故障找到新的处理工艺，不仅可以降低处理费用，同时可以缩短处理工期。

悬吊式机组，磁极接地，工艺

1 前言

水电站水轮发电机随着运行时间的增加，发电机组转子磁极线圈绝缘老化或是其他原因造成转子绝缘损坏的案例越来越多。对于悬吊式立式水轮发电机而言，如果能采取在机坑内拔磁极的方式进行转子绝缘故障处理，可以缩短故障处理工期，也能够减少处理的费用，提高机组的等效利用率。

本文通过阐述某水电站1F水轮发电机发生转子一点接地后，进行接地点排查和机坑内拔磁极的处理工艺，从实践证明了悬吊式机组在机坑内拔磁极处理一点接地故障的工艺是可行的。

2 机组概况

某水电站1F水轮发电机组型号为SF50-24/6050，结构采取悬吊式，设有上导、下导轴承，上导轴承滑转子设置在推力头上，与推力轴承共用一个油槽。发电机上机架布置在定子基座上，支腿4个，转子直径为5 162 mm，励磁调节装置使用武汉洪山电工科技有限公司的ZL-088励磁调节装置，励磁方式为自并激静止可控硅励磁，额定励磁电流829 A，额定励磁电压246 V,电刷数量9对，空气间隙为20 mm，磁极总高度为1 576 mm，磁极键为冷打键,机组额定转速250 r/min。

3 接地点排查

3.1 引起发电机转子接地的主要原因

（1）发电机励磁系统直流回路中设备绝缘损坏引起的转子接地故障；

（2）发电机励磁系统交流回路中设备绝缘损坏引起的转子接地故障；

（3）发电机转子磁极线圈本体绝缘损坏引起的转子接地故障。

3.2 某水电站1F水轮发电机转子接地故障排查

转子接地故障发生时，该机组带负荷运行，监控上位机报发电机转子接地动作信号后，运行人员现场检查发现机组发电机保护柜界面显示“转子一点低定值动作、转子一点高定值动作”并观察集电环无异常。查看实时参数，显示励磁电压为：278.13 V，接地电阻0.00 kΩ，接地点位置16.1。随后，立即转移负荷将机组解列停机。

维护人员对机组保护装置、转子引线、励磁直流回路电缆、滑环、碳刷、穿心螺杆绝缘子、发电机保护转子一点接地回路、励磁系统整流回路、励磁变、接地碳刷、分别进行了检查，未发现异常，情况如下：

（1）发电机保护装置检查

1）检查1F机组发电机保护装置，动作报告显示：转子一点接地低定值动作值0Ω，动作延时为2002ms，接地点位置为16.1；转子一点接地高定值动作值0 Ω，动作延时为6 002 ms，接地点位置为16.1。接地电阻为0.00 kΩ。

2）微机保护装置采样检查：微机保护装置转子一点接地保护电压采样精度检查（表1）。装置电压采样误差符合要求（±3%）。

表1 转子一点接地采样精度检查

3）保护逻辑检查：输入转子一点接地高定值，19.9kΩ动作，延时6 002 ms动作，动作正确；输入转子一点接地低定值，0.99 kΩ动作，延时2 002 ms动作，动作正确。

表2 转子一点接地高定值检查

表3 转子一点接地低定值检查

4）保护动作信号与LCU核对正确。

结论：保护装置转子一点接地保护检查无异常。

（2）相关部件检查

对发电机转子及励磁直流电缆、滑环采用500 V绝缘摇表进行绝缘测试，结果显示绝缘电阻为0 Ω，初步判断有接地故障。

用吸尘器、吹风机、破布等对机组滑环、碳刷进行彻底检查、清扫后，转子带励磁电缆、滑环采用500 V绝缘摇表进行绝缘测试，结果显示绝缘电阻仍为0 Ω。

将励磁电缆与滑环分开，单独对励磁电缆进行绝缘测试，结果显示绝缘电阻为100 MΩ，励磁电缆绝缘符合标准要求。励磁电缆有破损接地的可能性被排除。

对滑环和转子进行绝缘电阻测试，结果显示绝缘电阻为0 Ω。

经过以上绝缘电阻试验、保护装置试验综合分析，初步判断故障在滑环和转子上的可能性较大。

将滑环和转子的连接线分开后，分别对转子和滑环进行绝缘电阻测试，结果显示滑环绝缘电阻为100 MΩ，转子绝缘电阻为0 Ω。由此将滑环绝缘破损的可能性排除，进一步的将故障点锁定在转子上。

拆除转子引出线位置上挡风板，进入上挡风板内磁极安装位置，逐个检查磁极以及气隙内部情况，从目测检查，未发现明显接地点和异常情况。

从转子轮毂上将转子引线拆除分断，然后进行了绝缘测试，经测试，从滑环至断开位置铜排引线的电阻值为100 MΩ，因此，可以断定接地故障在转子磁极上。

（3）采用直流电压和磁极对数正比法排查磁极。

图1 直流电压和磁极对数正比法排查原理图

1）直流电阻测试仪测试（20 A）

总电压V1=11.05 V，负极对地V2=0.463 V。磁极个数N=24个。

24/V1=X/V2,(X:为负极至接地点磁极个数)，求得X=1.005个。

2）直流焊接测试（50 A）

总电压V1=34.9 V，负极对地V2=3.93 V。磁极个数N=24个。

24/V1=X/V2,(X:为负极至接地点磁极个数)，求得X=2.702个。

根据上述数据可以得知接地点在距负极引出线1～3个磁极范围内，对应磁极编号为1号、2号、3号。具体磁极方位需要将连接线拆除后再进行下一步查找。

3.3 结论

本次“转子一点接地”事件初步判断为转子负极引出线方向顺时针1～3号磁极范围内出现接地现象，接地应为磁极线圈与转子铁心接触造成。检修人员进一步排查后确定为2号磁极负极引出线绝缘损坏与铁心接触引起接地故障。

4 磁极线圈接地处理工艺

4.1 处理方法选择

转子磁极线圈接地一般为线圈绝缘损坏或老化造成，接地点隐秘，故障处理必须要将磁极拔出，然后进行绝缘修复处理。根据悬吊式机组结构，拔磁极的传统流程如图2所示。

按照传统方式进行处理，以及磁极线圈返厂修复，至少需要工期27 d左右，对机组恢复至运行状态比较滞后。因此，如何缩短处理工期，让机组尽快恢复运行，成为首要考虑的技术难题。

根据机组结构和排查结论，可以确定采取机坑内拔出磁极条件基本满足：

（1）电气试验人员能够通过试验手段，确定接地磁极位置；

（2）根据上机架与转子轮毂尺寸、空间范围现场勘测，确保磁极满足从机坑内直接拔出条件；

图2 传统处理工艺流程

（3）磁极键采用冷打键方式，没有复杂工艺；

（4）磁极引线、磁极间连接线连接方式采用铜铆钉配合锡焊进行，满足拆除、恢复的施工空间要求。

综合上述分析，机组磁极线圈一点接地采取机坑内拔磁极方式进行处理。

4.2 处理程序

（1）利用手拉葫芦旋转转子，使磁极避开上机架支腿，并方便施工；

（2）测量相关数据，固定转动部分使转动部分不得产生位移；

（3）进行拔磁极键工作；

（4）利用桥机和手拉葫芦将磁极吊出机坑；

（5）进行磁极称重，记录重量；

（6）进行磁极检查、处理、试验；

（7）处理后进行再次称重，记录重量；

（8）吊入磁极，根据拆除前测量数据进行调整后初打键；

（9）再次复测相关数据，包括高程、圆度、垂直度等控制数据，且应满足要求;

（10）进行最后打键工作；

（11）进行最后连线、绝缘工作；

（12）按照上述方法处理完成后进行整体试验，满足要求；

（13）按照磁极两次重量，计算转子配重块重量及配重位置，根据配重计算结果焊接配重块。

4.3 关键工艺控制

此工艺可以不拆除其他任何主设备部件，可以减少工程量，但对尺寸控制的要求更为严格。因此，处理磁极的直径、安装高程、磁极键紧度、重量的控制为处理工艺控制重点。具体方法如下：

（1）磁极的直径。在转子转到处理工位后，测量磁极空气间隙，并记录。根据现场情况在定子基座上焊接Q235钢块高度大于200 mm，利用重锤和内径千分尺测量2号磁极至钢块距离L，并进行记录。磁极回装后按照上述方法测量空气间隙及距离L，两测量数据与拆除前应一致。

（2）磁极高程。磁极的安装高程由专门的磁极托块固定，磁极托块焊接在磁极铁心T尾底部的下磁轭板上，拔磁极键前用塞尺检查磁极铁心与托块的接触面，0.02 mm塞尺不能塞入，可视间隙为0。

（3）磁极键紧度。将主键涂抹好锂基脂后插入键槽内，先用小锤均匀的敲紧后再用大锤按顺序依次来回敲打，保证其紧度一致。磁极键按工艺分3次打紧，打紧后检查主、副键组合缝之间的间隙，用0.02mm的塞尺检查不能塞入，并用榔头从侧面左右敲击主键，无松动现象，说明键已打紧。

（4）磁极重量控制。磁极重量控制关系到机组静平衡，因此，在进行修复处理前连同附件一起对磁极进行称重，修复后连同附件一起再次称重，两次重量分别为：354.8 kg、354.95kg。磁极键均更换为新磁极键，打紧后，磁极副件预留长度较拆除前分别长32 mm、16 mm、-13 mm、8 mm。根据磁极键尺寸，总重量为0.068kg。总增加重量为0.218kg，基本视为无变化。