瑞丽江水电站发电机油雾及转子绝缘问题处理

谢金韦

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装分公司，云南 昆明 650032）

瑞丽江水电站发电机油雾及转子绝缘问题处理

谢金韦

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装分公司，云南 昆明 650032）

介绍了瑞丽江水电站1号、2号机组在试运行过程中出现了因推力油槽甩油导致在集电环周围空间存在油雾问题和碳刷磨损过大、过快导致转子绝缘下降的问题，分析论证了问题产生的原因，并介绍了如何解决的方法。

油雾；碳粉；转子绝缘；处理方法

1 油雾、碳粉及转子绝缘下降的问题

瑞丽江水电站机组结构为三段轴结构（发电机轴、中间轴、水轮机轴）的悬式机组，其中集电环设计在推力油盆与上导油盆之间，见图1所示。

瑞丽江水电站1、2号机组在试运行过程中，在上导油盆与推力油盆之间存在油雾，而集电环及刷架表面上存在油污和磨损碳粉的问题，由于油污和碳粉的影响导致转子绝缘多次发生下降到整定下限值，机组被迫停机处理，影响机组的正常运行。

1.1 油雾产生原因分析

机组在高速运转中，推力头镜板的外壁将带动推力油槽中粘滞的静油运动，使油面因离心力作用向油槽外壁涌高或飞溅，同时油槽中的油也形成旋转激流运动，但运动的油受到镜板四个吊攀孔阻挡和搅动作用导致油面涌起和激流。

再者，在机组运行过程中，随着油温升高推力油槽中的油和空气体积膨胀，推力头内侧与挡油管之间油面之上的空间在外部气压与油槽内的气压不平衡下容易形成局部负压，见图2所示。推力油槽内因压力变化及旋转激流运动、温度等因素导致油槽内部上腔存在气态的油雾，所产生的大量油雾经推力头上的均压孔，这些油雾因油槽内外气压不平衡顺着挡油管外壁易进入滑环室而形成了内甩油，使得滑环室内集聚了大量的油雾并形成油滴。油雾进入滑环室后与碳刷磨损产生的粉尘共同形成油污，并敷在碳刷架表面。

1.2 油雾的解决方法

根据上述分析说明，油雾是因为受到镜板吊攀孔和气压不平衡而产生，为了防止油雾顺着挡油管与推力头之间的间隙进入滑环室，瑞丽江电站机组采取如下措施进行处理：

（1）措施一：间隙阻挡法

为了阻挡油雾从挡油管与推力头之间的间隙进入滑环室，现场采取在挡油管上增加一道聚四氟乙烯硬质密封圈固定在挡油管上，见图3所示。首先测量挡油管顶端与推力头间隙尺寸，根据实测值确定聚四氟乙烯密封环的高度，并将固定聚四氟乙烯孔加工成腰形孔以适应安装调整，保证安装后聚四氟乙烯环与推力头有1～2 mm的过盈量以达到无间隙封堵的效果。

根据上述分析，镜板吊攀孔是形成油槽中的油上窜的原因之一，为此，现场采取对镜板四个吊攀孔增设盲板封堵的办法处理，以此减小运动的激流阻力。封堵板用四颗沉头螺钉固定，封堵时沉头螺钉涂抹紧固胶。

（2）措施二：对推力头重新加工均压孔

为了使推力油槽内外气压平衡，瑞丽江水电站机组采取重新布置均压孔的处理办法。首先将推力头上原2-￠20均压孔外端攻M24螺纹，并用丝堵封堵，然后重新加工8-￠14均压孔，使均压孔内端的位置位于挡油环下方，均压孔外端攻M16螺纹,见图3所示。攻螺纹孔目的：根据现场实际运行情况，若均压孔数量过多，可用丝堵封堵部分均压孔，以使得油槽内外气压平衡。

同时在推力头内缘均压孔位置加工一道油沟，防止润滑油沿推力头内缘上爬。

（3）措施三：增加压油叶栅

为了减小推力头及镜板在旋转过程中油面的上溅和上窜，通过在挡油管外壁上焊接压油栅条以达到在推力头旋转时形成向下的负压作用将上窜的油面强行压下，即防止了油面的吸高又抑制油流上行。栅条位于油面上方20mm，水平10°的夹角，见图3所示。

（4）措施四：增设吸油雾装置

为了进一步减小推力油槽中的油雾，现场除了上述措施外，采取在推力油槽上方增设了两个吸油雾装置将油雾吸收，见图4所示。

2 碳刷磨损过大及转子绝缘电阻降低问题

瑞丽江水电站1号、2号机组在试运行过程中存在碳粉损耗过大，磨损的大量碳粉逐渐覆盖在集电环及刷架表面上，加上上述的油雾作用使得粉状的碳粉形成油污，导致了机组在运行过程中转子绝缘电阻逐渐下降的现象。

说明：瑞丽江水电站机组并网带满负荷运行状态下转子绝缘电阻最大值为：655.360 kΩ，设计整定值50 kΩ报警、20 kΩ停机。

2.1 问题分析

瑞丽江水电站机组集电环的上、下滑环与碳刷接触的表面在设计上分别存在两道右螺旋型的通风沟槽，三道沟槽圆弧角在设计上R=0.5 mm，如图5所示，三道沟槽运转过程中犹如两道锋利的刀带，在高速旋转过程中对碳刷形成了向上的切削力；而碳刷与集电环滑环接触，高速转动的集电环对碳刷又形成滑动摩擦，在这两个力的作用下导致碳刷磨损过快过大而形成大量碳粉。

图5 集电环沟槽圆弧角加工处理比较示意图

在机组运行过程中碳刷与集电环之间会建立氧化膜，而氧化膜是保证碳刷抗磨损和稳定运行的重要因素。影响氧化膜建立的因素有：集电环表面粗糙度、温度、湿度和环境、碳刷性能。

集电环表面粗糙度Ra0.8～1.6易于碳刷与集电环之间建立氧化膜，过于光滑的集电环表面反而不利于氧化膜的建立。

碳刷的最佳运行温度为60～90℃，在这个温度范围内易于氧化膜的建立，因此碳刷的工作电流密度要选择接近其额定值。

碳刷的最佳运行湿度是空气含水量的8～15g/m3。当空气的含水量在25 g/m3以上，碳刷的磨损则会加剧。当空气的含水量在3g/m3以下，氧化膜就会破坏。

2.2 解决方法

根据上述分析，为减小碳刷的磨损量，现场采取如下措施进行了处理和完善。

（1）措施一：集电环部件表面处理

集电环三道通风沟散热槽原设计为R0.5的圆角，现场对通风沟槽棱角采取进行打磨处理，以增大通风沟槽棱角圆弧角减小其切削力，见图5所示，这样有效地减小了碳刷的切削磨损。同时对碳刷与集电环接触的光滑表面进行处理，以达到Ra0.8～1.6表面粗糙度，满足碳刷与集电环之间建立氧化膜的要求。

（2）措施二：选择合适的碳刷

瑞丽江水电站1号、2号机组先后更换NCC634、E468和上海摩根D172三种不同特性的碳刷进行试验对比，经验证发现NCC634碳刷更适合瑞丽江的气候环境下的机组使用。

NCC634碳刷的材质是天然石墨，额定电流密度为0.1A/mm2,允许周速81m/s。而E468和D172碳刷的材质是电化石墨，E468额定电流密度0.05～0.15A/mm2，允许周速50m/s；D172额定电流密度0.12A/mm2，允许周速70m/s。天然石墨的碳刷适用于周速大于20m/s，但载流能力稍低，电化石墨的碳刷载流能力要比天然石墨碳刷要高一些。

（3）措施三：控制碳刷电流密度

瑞丽江发电机集电环周速为24m/s，原设计共56个碳刷，电流密度为0.055A/mm2，由于NCC634碳刷更适合瑞丽江电站机组及环境要求，根据该碳刷的特性要求，现场采取对两极碳刷对称减少8个碳刷，使电流密度提高到0.077A/mm2，接近NCC634碳刷的额定电流密度，有利于建立氧化膜，同时，碳刷数量减少也使得碳粉总量减少。

3 结束语

瑞丽江水电站1号、2号机组经上述方法处理后推力头油槽甩油和油雾问题基本得到解决，碳粉磨损过大的问题也起到明显的改善效果，通过定期对集电环碳粉清扫，转子绝缘下降问题也得到了解决，1号、2号机组得到了长期稳定运行。根据1号、2号机组的成功处理办法，在3号～6号机组安装过程中也相应采用进行改善。

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TM307

B

1672-5387（2010）04-0052-03

2010-05-05

谢金韦（1974-），男，工程师，从事水轮发电机设备安装和技术管理工作。