发电电动机转子绝缘问题分析与处理

2021-12-17肖先照高从闯陈忠宾宗树冬

上海大中型电机 2021年4期

关键词：磁极引线阻值

肖先照，高从闯，黄艳，陈忠宾，宗树冬

(1. 江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司，江苏常州 213334；2. 江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏常州 213333)

0 引言

转子为水轮发电电动机必不可少的部件，由磁轭、磁极、大轴、励磁引线、集电环等部件组成，是产生磁场的励磁部分[1]。因此，转子必须具有良好的绝缘性能，防止机组运行时发生转子一点接地，甚至两点接地，影响机组的安全稳定运行。

某抽水蓄能电站装有多台单机容量为250 MW的混流式水泵水轮机-发电电动机组，为国内某知名厂商生产。发电机为立轴半伞式全空冷发电电动机，额定转速为300 r/min，额定励磁电压为278.9 V，额定电压为17.5 kV。

1 转子励磁部分结构

该电站发电电动机转子为凸极式转子，采用的是三段轴结构，由转子支架、磁轭、磁极、顶轴、主轴、转子引线、集电环等部件组成，见图1。其中集电环和电刷装置、转子引线和磁极是励磁回路的组成部分。直流电通过集电环正负极，再经过转子引线给20个磁极通电，形成磁场。

1.集电环； 2.顶轴； 3.转子引线； 4.转子支架；5.磁轭； 6.磁极； 7.主轴。

1.1 磁极绝缘结构

磁极是提供主磁场的核心部件，主要包括磁极铁心、磁极线圈、阻尼绕组等。磁极绝缘包括极身绝缘、匝间绝缘、绝缘托板、配垫层、“L”形附加绝缘、托板密封隔热绝缘和托板密封腻子。磁极结构见图2。

1.磁极铁心； 2.极身绝缘； 3.磁极线圈； 4. 阻尼条；5.绝缘托板； 6. 极间支撑。

1.2 转子引线

转子引线是连接集电环与磁极的中间导体，材料为软铜母线TMR，局部包扎绝缘带。转子引线穿过顶轴内孔而后经过转子支架和磁轭，最后和首尾磁极相连，经过计算选择适当数量的线夹件固定在转子上，所有与金属接触部位都采用绝缘垫块、绝缘套管的绝缘结构。这种设计既能保证转子带电部件对地的绝缘及爬电距离，还能满足机组任何工况时的强度要求。转子引线见图3。

图3 转子引线

1.3 集电环和电刷装置(见图4)

图4 集电环与刷架装配

该电站机组集电环固定在顶轴上面，位于发电电动机的顶轴内，通过励磁碳刷与刷架的导电环连接，转子引线的铜排直接通过把合螺栓固定在集电环上。电刷装置通过正负极各12根180 mm2电缆与励磁柜相连。

2 绝缘故障

该电站机组投运4年多来，转子整体运行性能稳定可靠，但是也存在一些因为结构设计不合理、检修维护不当导致的绝缘问题。

2.1 绝缘电阻偏低

该电站两台机组出现过转子绝缘阻值偏低的现象。第一次，4号发电电动机在C级检修后预防性试验测得转子整体绝缘阻值仅为22 MΩ(集电环、转子引线以及20个磁极作为整体)，而修前整个转子的绝缘阻值为790 MΩ。修后数据满足规范要求的“转子整体绝缘阻值不低于0.5 MΩ的要求”，但是绝缘阻值存在较大差异。通过对发电机风洞内空气加热和除湿一天，重新测得转子整体绝缘阻值为458 MΩ。第二次，6号发电电动机在C级检修后预防性试验测得转子整体绝缘阻值仅为0.3 MΩ，并且用500 V摇绝缘时，电压只能上升到400 V。将转子引线与磁极分开，分别测量转子引线和磁极的绝缘，最终发现是因为转子引线固定螺栓套的绝缘管损坏，存在放电现象。经更换绝缘套管备件，重新测量转子整体绝缘阻值为728 MΩ。

2.2 转子一点接地[2]

转子一点接地与绝缘电阻偏低不同，一点接地指的是转子集电环电刷系统，转子引线以及磁极形成的励磁回路存在一点与大地接地系统连接，即存在金属接地，转子励磁回路对地的绝缘阻值为0 Ω或者低于转子一点接地保护值15 kΩ。该电站发电电动机出现过多次因碳粉堆积导致转子一点接地的故障，故障点处于集电环和电刷装置处。通过清理集电环和刷架装置处的碳粉，一点接地的问题立即得到解决。机组还出现过几次磁极线圈铜排接地的问题，具体为磁极“T”尾处调整垫条断裂，垫条搭接磁极线圈导致转子一点接地故障，如图5所示。