摘要：水轮发电机主要是利用水轮机的转动带动发电机转子运动而产生电能的一种装置，水轮发电机转子的绝缘率降低将会严重影响水轮发电机的稳定运行。本文主要阐述了水轮发电机转子绝缘降低的原因分析及处理方法的研究。
关键词：水轮发电机；绝缘降低；转子
水轮发电机是一种利用水轮机转动带动发电机发电而产生电力的一种发电机组，水轮发电机组可以由不同形式的发电机组和不同形式的水轮机构成，主要工作原理就是水轮机的转动带动发电机转子切割磁感线而产生电力，利用水的势能转化成转子动能，再产生相应的感应电流，达到电能的目的，水轮发电机转子的绝缘率是影响水轮发电机产生电流效果的主要因素之一，转子的绝缘降低，将会影响机组的安全稳定运行。
一、水轮发电机转子绝缘降低的主要原因以及分析
1、转子接地故障
转子接地故障可以大致分为三类，包括由励磁系统直流回路中的设备绝缘率被破坏而引起的接地故障，励磁系统交流回路中设备绝缘被破坏引起的接地故障以及推力油槽油雾的影响、电刷材质影响、集电环粗燥程度影响电刷数量影响等其他接地故障。其中直流回路中的设备绝缘率降低主要有设备破损，例如发电机组大轴中心橡皮电缆在弯头处发生破损，导致外露的线芯相互触碰、接触，造成接地故障，这种故障在初期表现为偶尔发生的瞬时接地，经过的时间长则会转变为永久接地。交流回路中的接地故障也可以由部分器件和设备中的电缆破坏而引起的接地，不同于直流回路接地故障的表现，交流回路的接地故障主要表现为发电机组励磁建压后产生接地故障信号，在发电机组停止运转或者在励磁系统不建压的时候则不会产生接地故障信号，转子回路绝缘正常。
另外，其他接地故障主要是由于产生过多的碳粉和油垢堆积而引起的，电刷粉末堆积在集电环绝缘圈以及刷架上的绝缘圈引起的接地故障则是由于粉末的堆积使在隔离线圈上形成接地通道，集电环和电刷之间的接触不良，相互摩擦则会产生更多的粉末，同时碳粉和油雾结合后可以形成油垢，油垢堆积在绝缘线圈上也会形成接地，这也是最为常见的一种接地故障，集电环油雾污染的形成原因主要有：集电环附近所安装的油槽由于环境封闭没有良好的空气流通、集电环周围温度过高、比以及渗油等原因的叠加，此外，电刷选择不当也会造成一定的接地故障，例如电刷的材质选择不当产生更多的碳沫，其中电刷的电导率、摩擦因数、以及洛氏硬度等都是使影响碳沫产生的主要因素，如果电刷材质的洛氏硬度选择过硬，则造成集电环的磨损严重，如果电刷材质的洛氏硬度选择过软，则会造成电刷的磨损，产生更多的碳粉，此外集电环的粗糙程度也会影响碳粉的产生。总的来说，油垢以及碳粉的堆积使集电环的绝缘下降，同时也使支撑滚刷的刷架支撑杆的绝缘部位绝缘下降，最终导致水轮发电机转子的绝缘下降。
2、发电机转子的老化损坏
一般情况下在通风处，强烈的空气流动以及热膨胀可以使水轮发电机转子槽口的保护层发生断裂及损坏，也会导致转子槽口的端口部位的云母剥落，使得发电机传子的绝缘下降。此外，由于使用年限的增加，发电机转子的绝缘部位的绝缘材料容易发生老化，在发电机运行中出现的一些意外状况会使传子发热现象严重，也会使转子上绝缘材料发生老化和损坏，降低转子的绝缘性。
3、发电机组摆度的影响
发电机组摆渡是用来判断发电机组是否在运行的一个标志，但他也会对电刷的磨损造成影响，摆度小，则集电环与电刷之间的摩擦就越平稳，对电刷的磨损程度也会减小，摆度大，集电环与电刷之间的摩擦则会越剧烈，电刷的磨损程度增加，产生的碳粉也会增加。此外，水轮发电机的发电机组摆度超标还可以造成发电机磁极部分的铁芯和绕组相对振动的频率的增加，以及造成发动机组滑环处的撅摆，增加转子上绝缘材料一定程度的磨损，从而影响发动机转子的绝缘。
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4、水轮发电机维护问题的影响
首先，水轮发电机的内部除尘不及时或者不彻底就会导致绝缘部分堆积大量的灰尘，引起转子磁极绝缘的降低，如灰尘堆积到一定的程度，甚至会使发电机转子部分绝缘材料损坏，减少这些绝缘材料的使用寿命。此外，水轮发电机的空气冷却器进水阀门关闭不严，则会导致一部分的水分的泄露，水蒸气再通过空气冷却器可以挥发出来，导致转子绝缘发生降低。
二、水轮发电机转子绝缘降低的处理研究
1、回路接地故障的处理
应对直流回路或者交流回路的接地故障，在处理交流回路时可以根据电缆破损的程度利用玻璃丝带进行包扎，如果损坏的程度较大可以直接更换新的电缆。在处理直流回路接地故障时，首先用直流电焊机手动增加励磁电流，判断接地故障点是转子本身回路接地还是励磁调节器控制回路接地，再根据大轴开口尺寸对电缆进行包扎，在用玻璃丝带包扎的同时还要在包扎层之间一层一层地涂上环氧树脂，以增加电缆的绝缘性，同时还要保证电缆在转子大轴之间孔洞处的稳定性，减少电缆的晃动情况。此外，还可以在发电机转子磁极引线根部、集电环和支撑环等处喷涂环氧漆，增加这些部位的绝缘程度，同时也可以拉长集电环的导电部分与接地轴之间的距离，以减缓转子绝缘降低的速率。
2、碳粉以及油垢导致转子绝缘降低的处理
主要是减少碳粉和油垢的产生来进行处理。可以对转子上滑环进行加工处理，严重时可以对滑环进行抛光，减弱滑环与电刷之间的摩擦力，减少由于滑环粗糙而产生更多碳粉的现象。选择与集电环相合适的电刷，洛氏硬度适中，摩擦系数相匹配，并且要在运行中进行检验，以减少集电环的磨损，同时还可以对集电环进行加工，必要时也可以采用抛光技术来减少集电环与电刷之间的摩擦。改良油槽的密封装置，控制油污和渗漏，从根本上杜绝油垢的形成。
3、做好日常维护工作以减少转子绝缘降低的现象
要对水轮发电机组进行正确的维护，能够定时并彻底清除内部灰尘，以防止灰尘堆积在绝缘部分，还可以利用干燥的压缩空气吹扫转子线圈、集电环装置以及其他绝缘部分，并用干净的抹布来清理刷架、碳刷等上面的油污，必要时可以拆卸来进行清理。保证空气冷却器的密封性，闭严阀门，防止水分的外漏使绝缘部分受潮。对于发电机转子已经受潮绝缘降低的情况，可以采用两种方法对转子进行烘干，一种是自身产热烘干法，另一种是直流电焊机烘干法，在进行烘干操作时，一定要做好现场的保护措施，防止发生安全事故。有效防止转子绝缘部分的老化，可以采用拆分发电子转子，将其解体来实现整体的修理，防止发生老化和损坏而降低转子的绝缘性。
结束语
水轮发电机作为电站长期运行的设备，其安全稳定运行十分必要，定子绝缘问题是在运行过程中需要定期关注的首要问题，正确处理和维护可以保证电站运行的安全稳定以及减少设备的检修成本。
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论文作者:蒋旭东
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/13
标签：转子论文; 水轮发电机论文; 集电环论文; 电刷论文; 故障论文; 回路论文; 机组论文; 《电力设备》2019年第3期论文;