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發電機轉子絕緣故障的分析及處理
2025-11-22
1 發電機組及轉子勵磁系統概述
我廠發電機是山東濟南發電設備廠生產的，型號為QF-15-2、額定功率15MW、額定電壓10.5KV，額定電流1031A，額定勵磁電壓201V，額定勵磁電流259A，定子轉子絕緣F級。發電機勵磁方式采用自并勵系統，轉子勵磁電流電源由接于發電機機端的整流變壓器ZB提供，經可控硅整流向發電機轉子提供勵磁電流，可控硅元件SCR由自動勵磁調節器控制，系統起勵時需要另加一個起勵電源如圖1所示：
FLQ-發電機轉子；F-發電機；SCR-可控硅元件；ZB-整流變壓器；LH-電流互感器；YH-電壓互感器
圖1 發電機勵磁系統圖
發電機是發電廠中最重要的設備之一，其安全運行影響著整個發電廠的供電可靠性，而發電機轉子的絕緣性能好壞關系到發電機能否安全運行。導致發電機轉子絕緣故障的原因有很多，可能是轉子線圈端部污穢的影響，也有可能受周圍環境濕度的影響。發電機轉子主要由轉子鐵芯、勵磁繞組、護環、風扇、滑環以及引線等部分組成，轉子結構如圖2所示：
圖2 發電機轉子結構圖
2 發電機轉子接地保護裝置原理簡述
從轉子繞組的正負兩端（或負端）與大軸之間注入一個24V電壓，通過裝置內部電子開關定時切換，實時求解轉子對地絕緣電阻值，保護反應發電機轉子對大軸絕緣電阻的下降。發電機轉子接地保護的工作電路如圖3，圖中Rx為測量回路電阻，Ry為大功率電阻，Us為電源模塊，Rg為轉子繞組對大軸的絕緣電阻。
圖3 轉子接地保護原理圖
3 發電機轉子故障實例處理
我廠于2016年4月，該機組DCS系統發電機“轉子一點接地”報警信號，運行人員立即進行檢查，發現轉子接地保護裝置檢測到接地電阻值在0.2K到300K之間波動，裝置一點接地報警持續發出。然后到現場用萬用表測量勵磁正對地負對地電壓也出現大幅波動現象。檢查轉子滑環處無明顯積油、積灰現象。檢查發電機大軸接地碳刷與大軸間的接觸部位發現存在油漬較多，將大軸接地碳刷取下后轉子接地保護裝置檢測到接地電阻值在300K穩定。后經過對發電機轉子大軸及接地碳刷清理后，發電機“轉子一點接地”報警信號消除。
4 發電機轉子絕緣故障分析
4.1轉子因受潮而造成絕緣電阻降低，如發電機停運時間較長，環境潮濕等原因；
4.2轉子因使用年限較長，或運行中因各種原因使轉子過熱造成線圈絕緣材料老化、劣化；
4.3滑環下有碳刷粉末或油污堆積，使轉子引出線絕緣損壞；
4.4由于發電機的冷卻系統密封不嚴或因其軸瓦漏油使轉子線圈端部積灰、積油污或碳粉，造成絕緣性能降低；
4.5由于運行中通風和熱膨脹的影響，轉子槽口處的槽襯保護層老化、斷裂甚至脫落，再加上槽口積灰等因素造成；
4.6轉子的槽內絕緣斷裂造成轉子絕緣電阻過低或金屬性接地。
5 絕緣電阻降低的處理方法
5.1因潮濕而使轉子絕緣電阻降低，我們采用直流電焊機烘干法或采用發電機定子三相短路，利用自產熱量進行烘干；
5.2轉子線圈絕緣老化，則采取拔護環方法，解體轉子進行大修；
5.3轉子線圈端部積灰、積油，通常處理的方法:
5.3.1用干燥的壓縮空氣進行吹掃；
5.3.2采用拆卸護環，對轉子線圈端部的油、灰、碳粉進行清理，然后對端部的絕緣進行重新處理。此方法工藝復雜、工期長，直接影響發電機的經濟效益；
5.3.3用機電設備清洗劑處理轉子絕緣，重點介紹這種方法。
6 機電設備絕緣清洗劑處理轉子絕緣的方法
6.1前幾年，我廠接連出現發電機轉子絕緣降低，嚴重影響了發電機的正常運行。發電機轉子的正負極對地最高電壓達到180-200伏，針對出現的這種問題，我們采取了除拔護環之外的所有方法，但效果都不明顯，并且出現了一種異常現象，也就是在冷態情況下轉子絕緣合格，在熱態情況絕緣下降，并網后，出現絕緣不合格。我們在發電機上做試驗，從冷態到額定轉速3000轉/分，出現下列數據：
分析以上數據，得出了轉子絕緣電阻與轉速有關,也就是與轉子旋轉的離心力有關。初步判斷，為轉子端部積灰、積油。這一問題只能采用拔護環的處理方法，但我們廠不具有拔護環的條件。所以我們試著采用機電設備清洗劑進行清洗，最后取得了明顯的效果。
6.2具體的操作方法：
6.2.1打開發電機定子兩側的大小端蓋；
6.2.2采用普通的清洗機進行清洗，出口壓力調整到0.4-1Mpa，噴頭噴出狀態調整到霧狀，將噴頭伸入轉子前端的通風口進行噴射清洗；
6.2.3清洗時轉子必須在旋轉狀態下進行，轉速在每分鐘7-8轉；
6.2.4前后端部分別進行連續清洗10-30分鐘；
6.2.5噴射過程采用清洗劑回收裝置，回收的清洗劑經沉淀過濾后可重復使用；
6.2.6清洗過過程，用500V的搖表對轉子絕緣進行測試，絕緣達到10MΩ即為合格，停止清洗；
6.2.7轉子絕緣合格后，在盤車情況下，空轉8-12小時，使清洗劑充分揮發，再用500V搖表測試轉子絕緣，合格后裝回發電機端蓋，開機運行；
6.2.8清洗劑噴射時的轉子必須在盤車轉速下運轉，否則可能產生因清洗過程不均勻，造成積灰死點，轉子絕緣無法提高；
6.2.9噴頭噴出必須是霧狀，否則因壓力過大會造成轉子線圈絕緣損傷；
6.2.10絕緣清洗劑的耐壓必須在25kV及以上，且揮發性良好，這樣才能使絕緣清洗劑在線圈上形成一層絕緣性能較高的鍍膜，提高轉子絕緣強度。
7 結論
7.1發電機轉子絕緣下降的原因，主要是不按規程操作和轉子線圈端部積油、積碳粉造成；
7.2除了解決發電機軸瓦滲油之外，每次停機對發電機冷風系統進行檢查，發現漏風應及時堵漏；
7.3注意滑環電刷品質必須符合要求，運行更換電刷必須在模具上研磨好后方可更換，以防止碳粉產生；
7.4每天對發電機滑環兩側的積碳粉、灰塵進行吹掃一次；
7.5用機電設備清洗劑處理轉子絕緣電阻的降低，最長時間不超過20小時。這種處理方法比拔護環費用低，時間短，經濟效益高；
7.6清洗劑不僅能把轉子端部的灰塵、油污清理出來，最主要的是在轉子線圈端部鍍上一層高絕緣介質，從本質上提高轉子的絕緣強度。
來源：電廠筆記
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