侯继超、刘艳康
新安江水力发电厂浙江 建德 311600
主题词：转子、集电环、绝缘
摘 要：6号机转子系统绝缘值低且下降较快，在2019年下半年6号机A修中，将转子系统各部脱开后发现集电环处绝缘低，进一步拆解集电环绝缘部件发现绝缘垫块损伤且碳粉侵入明显，重新设计新型集电环结构并进行改造后绝缘低的问题得以彻底解决。
一、故障现象
6号机在检修后转子系统对地绝缘值一般为1～1.5兆欧，绝缘值随机组运行逐步下降至0.3～0.5兆欧之间（一般为2个月，新安江电厂报警值为0.3兆欧），在降至0.5兆欧以下时，需安排机组定维或消缺。在定维或消缺时，可看到集电环上及绝缘部件上堆积大量碳粉。
二、原因分析
新安江电厂转子系统由励磁装置、励磁大线、碳刷架、穿轴引线及转子连接组成。分析造成转子系统对地绝缘偏低的可能原因有：励磁大线对地绝缘偏低、碳刷架对地绝缘偏低、转子对地绝缘偏低、集电环对地绝缘偏低。
在2019年9月6号机A级检修工作中，对6号机转子系统各部进行拆解，单独摇取每部分绝缘（500V摇表测量），对每一部分进行排查：
（1）现场将6号机励磁大线与转子系统拆解，单独对励磁大线进行绝缘测量为50兆欧，故可以排除励磁大线与大地之间构成回路造成接地的原因；
（2）现场对6号机碳刷架进行绝缘测量，对地绝缘电阻为500兆欧，排除碳刷架对地绝缘不好的原因；
（3）现场对6号机转子进行绝缘测量，对地绝缘电阻值为500兆欧，排除转子各部对地绝缘不好的原因；
（4）现场对6号机集电环进行绝缘测量，发现对地绝缘电阻为0.3兆欧；
因此6号机集电环对地绝缘低造成整个转子系统对地绝缘偏低。
日常巡检可看到集电环及绝缘部件上附着大量碳粉。对6号机集电环进行分解，将绝缘垫块及绝缘螺杆拆除后，可以明显看到垫块中心孔拉毛及碳粉侵入现象。
分析为集电环绝缘垫片运行中，与集电环支架不断摩擦造成垫片背部被磨毛，碳粉随之侵入空隙。集电环绝缘螺栓因外部需包覆绝缘层，受支架孔限制，只能选用M16螺栓，而其头部相对于φ20mm的垫片中心孔，接触面积有限，螺孔中心处压力偏大，拆解后可看到中心孔正面有明显拉毛及碳粉侵入现象。
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对集电环绝缘垫更新后重新安装，测量集电环对地绝缘为500兆欧，因此确定集电环绝缘低的原因为：
1、集电环检修时对绝缘部件多次拆装造成垫块损伤，加上机组长期运行，使绝缘螺杆—绝缘垫块式绝缘结构配合不再紧密。
2、绝缘部件距集电环滑环—碳刷接触面仅3.5cm，运行产生的碳粉极易堆积在此处。碳粉长期覆盖在绝缘部件上，逐渐侵蚀绝缘垫块。
三、处理过程
由于当前集电环绝缘方式为上、下滑环与集电环中心体间采用绝缘螺杆—绝缘垫块配合进行绝缘，滑环中心体与大轴间不设绝缘。因此在机组大修拆、装集电环滑环时必须先将各绝缘部件拆除。大修周期为5年一次，且绝缘部件距离碳刷磨损面过近，极易堆积碳粉，难以避免集电环在长期运行后发生绝缘下降的问题。
针对以上弊端，新安江电厂自行设计了一种新型集电环结构：
1、绝缘部件设计在集电环中心体上，依靠中心体上下分层实现上、下滑环间绝缘。检修拆装集电环滑环时，无需再拆卸中心体及绝缘部件。中心体距离碳刷接触面为26cm，且中心体与滑环之间为支臂连接，支臂间镂空，可避免碳粉堆积在绝缘部件上，实现集电环免维护功能。
2、绝缘部件设计为环形结构，嵌于中心体内部，实现中心体外层与内层、大轴之间绝缘。各组合缝隙处涂刷环氧，避免碳粉侵入绝缘结构的问题。
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集电环安装完成后，对集电环上、下环间进行绝缘测量，绝缘值为500兆欧，分别测量上、下环对地绝缘值为500兆欧。
将集电环连接穿轴引线，碳刷架连接励磁大线后，测量转子系统对地绝缘值为50兆欧（励磁大线处绝缘为50兆欧，因此反映整个转子系统为50兆欧）。
2019年12月6号机修后投产，在2020年1月、3月、5月又对转子系统进行绝缘测量，均为50兆欧，没有下降趋势，集电环中心体绝缘部件上6号机发电机转子系统对地绝缘低的问题得以彻底解决。
四、暴露问题
经过测量，备品绝缘垫块绝缘为500兆欧，原集电环破损的绝缘垫块绝缘仅为0.3兆欧。原集电环的结构形式决定了只能在上、下环间采用绝缘螺杆—绝缘垫块配合进行绝缘。该种绝缘方式存在先天弊端，从绝缘垫块的物理结构及绝缘反映上均可看出集电环的长期运行及检修拆装绝缘垫块对绝缘部件的绝缘损伤非常明显。且集电环绝缘无法直接监测，只能通过转子系统整体绝缘进行判断，转子系统绝缘值随运行时间逐步下降，不利于设备安全稳定运行。
五、防范措施
针对6号机发电机集电环绝缘低导致转子系统对地绝缘低的缺陷，新安江电厂提出两点防控措施：
1、各机组每次定检前、后需测量集电环处对地绝缘并形成台帐，加强监视转子系统绝缘情况。
2、在后期另外8台机组大修中，将集电环改造列入检修项目，全厂集电环全部更新为6号机当前集电环结构。