灯泡贯流式机组转子绝缘为零的原因分析及处置措施

林中胜

电建南欧江运维项目部，四川省成都市 610000

摘要：灯泡贯流式机组因其机组长期浸泡在水下，在停机备用期间出现绝缘降低是比较常见的，作者从机组转子绝缘下降为零后的检查情况作出了详细的分析，并根据其原因，提出了相应的解决措施。

关键词：灯泡贯流式机组、转子绝缘、空转干燥、直流电干燥

水轮发电机组是水电站的重要设备之一，水轮发电机组是由水轮机和发电机组成，其作用是将水流能量转变为机械能最终转变为电能，它是利用电站的水头和流量来做功的。

发电机是由定子和转子两部分组成，转子包括转子支架、磁轭、磁极、制动闸板等部分组成。转子支架是安装磁极及主轴的中间部件，在运行中要承受扭矩、重力、离心力等的综合作用；磁轭的主要作用是产生转动惯量和挂装磁极，同时也是磁路的一部分。磁极是产生磁场的主要部件，由磁极铁芯、磁极线圈和阻尼绕组三部分组成，并采用T形结构固定在磁轭上。

一、概述

南欧江二级水电站位于老挝琅勃拉邦省境内南欧江下游河段上，距其下游右岸支流象牙河（Nam Nga）汇口河道距离约 6km，地理座标为东经 102°26′59″，北纬 20°23′23″，为南欧江干流七级开发方案的第二级。电站总装机容量为120MW，安装有3台单机容量为40MW的灯泡贯流式机组，工程于2012年10月1日动工，1号机组于2015年11月29日投产，全部机组于2016年4月22日全部投产发电。机组采用的是浙江富春江水电设备有限公司生产的SFWG40-56/6660 灯泡贯流式水轮发电机组，其机组参数如下：

额定功率 40 MW        额定电压 11 kV

额定电流 2210 A       额定功率因数 0.95（滞后）

额定转速 107.1 r/min  飞逸转速 306r/min

额定频率 50 Hz        相数 3

定子绕组连接 1 Y      额定励磁电压318V

额定励磁电流840A      空载励磁电压161V

空载励磁电流500A     励磁方式 静止可控硅

绝缘等级 F/F         旋转方向 顺时针（顺水流视向）

飞轮力矩 ≥3000t·m2

发电机型式 卧轴灯泡贯流式三相交流同步发电机。

冷却方式 常压、密闭循环、强迫通风、空气冷却方式

二、现象经过

2022年10月电站1号机组停机备用时，运行人员在巡视时发现2台空冷器有漏水情况，因现场无备件，机组一直处于备用态，按照电站水轮发电机组运行规程要求，每间隔7天进行一次机组定、转子绝缘测试，第一次用绝缘测试仪500V档测试转子绝缘数据在正常值范围内，在第二次用绝缘测试仪500V档进行绝缘测试时，发现机组转子绝缘数据为零，且测试电压只能升至30V，测试定子绝缘时，定子测试数据在规范允许范围内。

三、转子绝缘检查情况

发现1号机组转子绝缘为零后，电站现场运维人员对1号机组灭磁开关柜内电缆进行检查，未发现异常；检查1号机组转子本体上紧固螺栓，未发现有松动现象；检查1号机组转子本体各处焊缝，无开裂现象；检查1号机组磁极线圈间连接和转子引线连接均未发现异常；检查1号机组制动环摩擦面无损坏情况；检查1号机组定子加热器，定子内2台加热器均运行正常；检查1号机组除湿机，发现灯泡体处除湿机故障未运行；同时对1号机组转子集电环、集电环至转子本体铜排支柱等容易出现脏污接地的地方，用电气清洗液进行了清洗。然后用绝缘测试仪500V档进行绝缘测试，测得绝缘数据仍然为零，介于此种情况，对转子回路进行了分段检查：

1.检查1号机组集电环上的碳刷磨损情况正常，集电环表面无烧伤、沟槽、锈蚀等，碳刷在刷握内能灵活动作。取下正、负极刷架上的碳刷，对1号机组灭磁柜内灭磁开关下端至机组集电环处电缆用绝缘测试仪500V档进行绝缘测试，测得绝缘数据为18.67MΩ；

2.对转子滑环至转子本体部分用绝缘测试仪500V档进行绝缘测试时，测得数据仍然为零；

3.解开转子滑环至转子本体段正、负极铜排，用绝缘测试仪500V档进行绝缘测试，测得转子滑环至转子本体铜排解开处的正、负极绝缘数据均为无穷大；

4.在1号机组转子本体正、负极铜排解开处测量转子内部绝缘，测得绝缘数据仍然为零；

5.利用直阻仪测试1号机组转子内部直流电阻，测得阻值为0.2Ω，与机组交接试验时的直流电阻数值相同。

四、原因分析

根据对1号机组外观及转子回路的分段检查情况 ，可以判断出1号机组转子回路及转子内部不存在接地现象。绝缘为零的原因最大可能是因为机组在备用期间，由于灯泡体处除湿机故障导致加热器在加热过程中产生的水汽不能被除湿机吸走，随着加热器的持续运行，温度逐渐升高，灯泡体内部水汽越来越多，同时由于灯泡体为密闭空间，其内的水汽不能排出，导致水汽附在转子表面，使得转子磁极线圈受潮，从而导致转子绝缘电阻值为零。

五、解决方法

1.空转干燥法

将1号机组开至空转态，关闭机组空冷器进、出水阀门，退出机组冷却风机，投入机组加热器和除湿机，保持机组长时间空转运行，利用机组加热器和空转自身所产生的热量进行干燥，此方法是利用机组转动产生的热量和加热器产生的热量干燥，同时利用除湿机吸收灯泡体内所产生的水汽，所以此方法干燥速度慢，干燥效果不佳，1号机组经过24小时的空转干燥后，测试绝缘数据仍为零，只有加在绝缘测试仪上的电压上升到了40V。

2.直流焊机干燥法

此方法与空转干燥相比干燥效果明显，机组温度上升较快，操作步骤为：

1）解开机组灭磁开关下端至集电环处励磁电缆的电缆头；

2）根据机组额定励磁电流选取与额定励磁电流相同电流的直流焊机进行干燥（本次因现场无相匹配的直流焊机选用的是ZX7-400G IGBT逆变直流弧焊机）；

3）根据所选直流焊机输出电流，选取两根与直流焊机输出电流相匹配的电力电缆，并做好电缆头，再将做好的电缆与直流焊机输出端和灭磁开关至集电环拆下的励磁电缆头按照正、负极相对应的顺序进行连接，最后连接好焊机电源；

4）开启1号机组灯泡头内定转子进人孔门，以方便加热过程中进行观察；

5）将1号机组开启至空转态，关闭机组空冷器进、出水阀，关闭机组冷却风机，投入机组加热器和除湿机；

6）开启直流焊机将电流加至100A，并在灯泡头定转子进人孔处观察定转子无异常现象后，保持100A运行1小时，此后每小时增加直流焊机100A的输出电流，同时通过灯泡头处的进人孔观察有无异常现象，直到加至直流焊机的额定输出电流（400A）为止（若焊机电流大的可以加至机组额定励磁电流），并保持此电流运行，在干燥过程中加强对定、转子温度的监视，定转子温度最高不宜超过85℃，长时间运行最好保持在60-70℃为宜（本站因是灯泡贯流式机组，定子部分在水下，同时所用直流焊机较小，所以定转子温度上升较慢，且最高温度只能达到50℃）。

7)在干燥过程中间隔12小时进行1次绝缘测试，测试绝缘时将直流焊机输出电流降为零，并拉开直流焊机电源开关，解开直流焊机输出电缆与励磁电缆头的连接，同时用放电棒对转子回路进行放电后，再进行绝缘测试，本站1号机组在干燥12小时后，绝缘测试数据仍为零，测试电压上升至70V；经过24小时干燥后，绝缘测试数据达到0.1MΩ，测试电压能升至130V；经过36小时干燥后，绝缘测试数据达到0.3MΩ，测试电压能升到490V，经过48小时干燥后，绝缘测试数据达到0.4MΩ，测试电压能升到500V，经过60小时干燥后，绝缘测试数据达到0.6MΩ。

8)当1号机组转子绝缘值达到规范要求后，将直流焊机电流降为零，拉开直流焊机电源开关，解开直流焊机输出电缆与励磁电缆头的连接。将1号机组停机，同时将励磁电缆头与灭磁开关下端头连接好，关闭定转子进人孔门，打开机组空冷器进、出水阀门。

9)将1号机组开机至空转态，对机组进行零起升压，并将电压保持在25%、50%、75%、100%进行观察机组有无异常现象，待零起升压正常后将机组并网带负荷运行。

六、结语

本文从南欧江二级水电站1号机组因长时间备用导致机组转子绝缘值为零的情况进行了详细的检查分析，并提出了相应的解决方法，对灯泡贯流式机组转子绝缘受潮所致的绝缘降低处理，有明显的借鉴意义。

参考文献：

[1]朱跃亮.水轮发电机转子绝缘下降原因分析及处理[J].华电技术，2010（10）

[2]孟利平，张亮平，贾玉峰.水轮发电机转子下降原因分析及处理[J].水电站机电技术，2012（03）