灯泡贯流式水电站励磁系统问题分析及处理方法

　　摘要：本文阐述灯泡贯流式机组的优势，指出了对灯泡贯流式机组励磁系统存在的一些问题，并提出了相应的处理方法。
　　关键词：贯流式机组；励磁系统；集电环；问题；处理方法
　　一、 灯泡贯流式机组的优势
　　1、技术优势
　　a. 流道型式好、尺寸小。
　　b. 能量参数大、效率高。
　　c. 机组尺寸小、重量轻。
　　d. 运行性能好、适用范围大。
　　2、经济优势
　　a) 土建工程量少、投资省。
　　b) 灯泡贯流式机组属低水头机型,投建后移民少。
　　c) 灯泡贯流式机组属径流式电站，有利于生态的发展。
　　二、存在的问题
　　三龙水电站装有灯泡贯流式水轮发电机组2台，励磁方式为静止可控硅自并励。集电环、炭刷架位于灯泡头，其中有一台机组励磁系统发生严重事故，两组励磁功率柜可控硅快熔保险熔断，机组紧急事故停机。
　　事故发生后对机组的整个励磁系统进行了检查，发现两组整流柜内各分别烧毁了两个可控硅，在灭磁开关出线端测量转子绕组(带励磁电缆)对地绝缘为零。进入到灯泡头内检查，发现转子集电环正负极表面遍布放电烧蚀的凹坑，目测个别位置可深达0.5mm以上；部分碳刷烧毁，刷握、弹簧等有不同程度的损伤；集电环至转子绕组引线之间的导电铜棒外绝缘套管部分严重烧焦，有的位置完全剥落，两根导电铜棒也被烧熔了部分；大轴上缠绕的Φ2玻璃丝绳也被烧黑。
　　三、问题原因分析
　　根据对集电环周围设备的检查情况，可以判断出现问题主要是由于以下原因造成的。
　　2.1油雾影响
　　在集电环及碳刷架各导电及绝缘部分，发现有大量的油污，在灯泡头底部，也有许多积油。检查桨叶操作油管、受油器法兰等部分有渗漏油现象。因此可以断定，操作油管、受油器的渗漏油漏至灯泡头底部后，在运行中机组的发热量等因素影响下，挥发到空气中，形成油雾，并沾附在集电环、碳刷架的导电和绝缘部分，在运行中很难除去，而且越沾越多。同时，也有一部分渗漏油沿着管壁等流到集电环及碳刷架上。
　　2.2炭粉影响
　　在正常运行时，碳刷和集电环之间会形成一道均匀、适度、稳定的氧化膜，这也是电机正常运行的个重要指标。但是在油污的作用下，这道氧化膜很容易就被破坏，接触电阻增大，同时由于集电环表面光洁度欠佳，碳刷与集电环在运动摩擦的情况下，磨损较大，碳刷磨出来的碳粉四处飞洒，碰到沾在集电环及碳刷架上的透平油后就很难甩去，因此就越来越多，最终在集电环、碳刷架及机座、大轴之间沿绝缘套筒表面形成导电通路，造成短路事故，将可控硅等励磁系统设备烧坏。
　　同时，由于巨大的短路电流的影响，在碳刷和集电环之间产生严重火花及放电飞弧，从而严重烧坏集电环工作表面及其他部件，直接导致刷握、绝缘套管、导电铜棒等烧熔烧坏。
　　四、处理方法
　　4.1集电环修复
　　集电环的处理是修复工作中最影响直线工期的工作。由于灯泡贯流式机组结构比较复杂，其集电环结构是套筒式集电环，若按照常规的处理办法，就需要先拆卸桨叶操作油管、受油器等，再将集电环拔出，在车床上加工以保证加工精度，满足有关技术要求。但是这种处理办法工作量相当大，所需时间也长，当时正值发电的黄金季节，在经济上将会造成巨大损失，对电网运行也有不利影响，同时，集电环和大轴之间的绝缘套也比较薄，单边只有3mm，在拔出过程中也容易损坏，在当地加工缺乏材料和技术，向厂家订购则时间过久。因此，经过综合考虑，决定采取现场修复的办法来处理，处理工艺如下：
　　(1)在集电环罩上根据C6146A普通车床刀架的安装尺寸，用L40角钢和12mm钢板加工焊接安装支架，将C6146A车床刀架安装于支架上面。将机组开启空转，在额定转速(107.1r/min)下车削加工。由于集电环外径为Φ800mm，根据计算，车削速度稍高，而由于存在水力振动的因素，刀架和集电环之间相对振动较大，并且集电环摆度较大，所以进给量也相应地要少一些，基本控制在0.1mm左右，切削液采用手工加注，直至集电环表面伤痕全部车完。
　　(2)以400号水砂纸包裹在油石外面，装在刀架上，同样在空转状态下对集电环工作表面进行打磨作为粗磨工序。
　　(3)粗磨完毕后，继续让机组空转，用油石直接对集电环工作表面进行精磨。
　　(4)由于现场条件所限，缺少表面粗糙度对比块等量具，故以目测和触摸的办法鉴别其表面粗糙度，通过与其他已知加工件表面粗糙度的对比，感觉应不低于Ra1.6μm。
　　(5)加工完成后，盘车检查集电环工作表面摆度值，由于是采用现场车削的办法，相对消除了机组集电环轴轴线偏斜的影响，因此最大摆度达到了0.1mm，比原来的摆度值0.2mm好了许多。
　　4．2可控硅更换
　　出于均压、均流的考虑，两组整流柜可控硅须全部更换，并经监测各项参数后配套使用。更换后进行小电流模拟试验，检查触发角度、输出波形正常。
　　4．3导电及绝缘部件处理
　　将两条部分烧熔的与集电环连接的导电螺杆磨开焊口后拆除，按照相同尺寸用紫铜棒重新加工两根，用环氧树脂棒加工螺杆绝缘套安装好后，检查各接触面回路电阻值，不得大于相同规格、相同导电材料在相同长度下的电阻值，并检查转子电阻与原始值相比基本一样。大轴上绝缘套表面重新缠绕Φ2玻璃丝绳，并刷涂绝缘漆固化并加强绝缘。更换所有的电刷，必须在滑环上进行研磨处理，保证接触面积。
　　五、总结
　　(1)经过处理后，开启机组，并网带负荷后增加励磁电流到额定值，用红外测温仪检测集电环工作表面温度约为70℃，易于在集电环和碳刷之间形成氧化膜，效果良好。同时，由于集电环摆度值较小，故碳刷在刷握中的运行位移也较小，对恒定弹簧弹力、减小碳刷磨损效果更佳。
　　(2)贯流式机组由于结构比较复杂，在集电环故障的情况下采取现场加工修复的办法比较省时省力，与常规拆出加工的办法比较至少可以节约10天的时间，大大减轻劳动强度，减少大量的发电损失。因此，这样的处理办法为以后类似的故障抢修提供了一种很好的新思路。
　　(3)机组在运行中要注意加强维护，及时消除渗漏油，避免扩大故障范围；对于集电环表面及绝缘部分，必须经常清理，减少油污、碳粉的积累，完善集电环罩内的吸尘装置，避免发生类似事故，带来不必要的损失。
　　（4）励磁系统平时维护注意事项
　　励磁回路中存在高电压和大电流，灰尘附着电器及导电体表面增加了电压闪络导致器件损坏的危险，定期维护，使得这样的危险大大减小。
　　在一年一次的维护工作中应特别注意灭磁开关的维护。首先应仔细检查灭磁开关外表是否有污垢、外表损伤等。其次应对经常磨损的动触点进行检查。灭磁开关如果及少动作时，应对其进行分合操作，看看动作是否正常，防止意外卡住。
　　设备运行时，故障系统不停地对运行通道及备用通道进行故障检测，甚至故障检测系统本身也会受到监测，但故障监测系统不能保证监测到全部故障，比如切换继电器是否正常等，所以定期检测设备仍然是必须的。
　　在定期检查中，除了对装置器件进行清洁或者重新装配紧固器件外，还须进行下面描述的功能检查。
　　功率整流柜中的空气循环使硅组件表面易积聚灰尘，由于空气流通也使其他电路中积聚灰尘。振动可能使端子连接处或其他有螺钉连接的地方松动。
　　1、 励磁变压器
　　在进行维护工作时，应注意励磁系统所处条件，不同的检查、维护项目在不同的工作条件下进行：1、工作条件（1），关闭励磁装置所有电源，切断所有对外电气连接；2、工作条件（2），只供厂用电和直流电；3、工作条件（3），开环试验条件；4、工作条件（4），设备在运行中。
　　在工作条件(1)，用干布、真空吸尘器或压缩空气（压力不能太大）仔细清除变压器外表及导体连接处的灰尘，污垢等，不要使用任何溶剂型清洁剂。
　　2、 整流柜
　　在工作条件(2)或(3)，检查风机的灰尘污垢，风流及噪音等，必要时对风机进行清洁。
　　滤尘网如果太脏则必须清洁或更换。
　　检查散热器的温度（仅限于智能化功率柜）。在工作条件(4)，在一定的环境条件及一定的输出电压、电流下，观察显示的温度值。如果温度与以前记录有明显升高，则重复步骤2，然后在工作条件(1)，对散热器进行清洁：用毛刷、真空吸尘器或压缩空气（压力不能太高），对其进行除尘、清洁。注意不能使用任何溶剂型清洁剂。
　　检查触发回路是否正常。正常运行时触发回路由自动检查回路在持续进行检查监视，所以只需在开环试验时拔出一组脉冲插头，模拟脉冲故障，检测回路应能正确检测。
　　3、 灭磁回路与灭磁开关
　　在工作条件(1)检查灰尘、污垢及触点烧灼情况。用干布或毛刷清洁开关本体，打开灭弧室，检查触头，如有烧伤，可用细砂纸对烧伤点进行打磨。在灭磁开关每次带额定电流及以上电流分闸后，需对灭弧室及触头进行检查，用压缩空气吹走弧室中的烟雾。同时触点如烧损，则需进行打磨处理。
　　检查螺丝连接处在工作条件(1)检查铜排螺丝连接处，与可控硅跨接器（仅非线性电阻灭磁）的连接处螺钉是否紧固。
　　检查由于赃物及螺丝松动带来的绝缘问题：在工作条件(1)，需要的话可用一块干布对连接处进行清洁。建议首次投运一年后对装置所有螺丝包括接线端子进行紧固，以后这样的操作以后可每隔四年进行一次。
　　4、 调节柜
　　检查印制线路板是否清洁，在工作条件(1)，用压缩空气(压力不能太高)清洁线路板。
　　检查线路板上插拔元器件的管脚是否有灰尘，插头连接处是否有灰尘。如果这些地方积聚灰尘、污垢，则可能导致线路板功能失常。用压缩空气(压力不能太大)或真空吸尘器对其进行清洁，切勿使用任何溶剂清洁剂。
　　调节器功能检查，在工作条件(4)，检查控制面板信号是否正常，IOP显示值是否正常，备用通道工作是否正常。
　　5、 开环试验
　　必要时对整个励磁装置进行开环试验，试验中除检查励磁输出波形是否正常外，还可对控制回路进行模拟。对输入、输出信号等进行模拟，模拟需对照电气图册及有关试验文档，选择进行。