酒钢电厂励磁机事故原因分析与处理
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【摘 要】描述了励磁机的故障现象，对故障产生的原因进行分析，并提出了整改措施。
【关键词】励磁机；整流器；旋转二极管；导电环；绝缘套管
酒钢新安装汽轮发电机，型号QF2-20-2C，额定功率：20000kW，额定电压：10500V，额定电流：1374.6A，额定励磁电流：385A，额定励磁电压：170V。无刷交流励磁机的参数如下，型号：WLQ130-3000，额定容量：130kVA，绝缘等级：F，额定励磁电压：88V，额定励磁电流：4.8A，旋转整流器输出电压：200V，旋转整流器输出电流：395A。本发电系统自从安装完成后，在试生产的过程中，励磁机共出现故障5次。以下简要介绍事故现象的检查、分析和处理经过，供类似情况发生时分析参考。
1 事故过程简述
2012年6月5日，在开机并网39个小时后，发电机保护画面失磁报警，励磁调节器通道来回切换，无法增磁，人工手动增磁无效后，紧急打闸停机。拆开后发现整流器旋转二极管负极引出线绝缘破损对二极管正极直接接触，造成短路现象，引出线严重烧损。分析认为是此二极管引出线碰撞二极管的管壁使引出线的绝缘破损造成放电将引出线烧损。
（1）更换全部12个二极管后开机，在并网后5分钟内，发电机保护屏出现转子一点接地报警，现场有打火现象，紧急打闸停机。拆开后发现整流器绝缘圈、绝缘垫、绝缘套管严重烧损，导电环发热严重。分析认为是绝缘部分绝缘不良导致整流器短路。
（2）更换整流器绝缘圈，所有的绝缘垫、绝缘套管（并扩孔）、导电环并在相应部位涂刷绝缘树脂后开机，并网15天后，发电机保护屏出现转子一点接地报警，现场有打火现象，紧急打闸停机。拆开后发现整流器绝缘圈、绝缘垫、绝缘套管严重烧损，导电环直接烧熔断开，旋转二极管引出线有一处绝缘破损。分析认为是绝缘部分绝缘不良导致整流器短路。
（3）更换整流器绝缘圈，所有的绝缘垫、绝缘套管、导电环，对二极管破损处进行包扎，开机并网后8天，发电机保护屏出现转子一点接地报警，现场有打火现象，紧急打闸停机。拆开后发现整流器绝缘圈、绝缘垫、绝缘套管严重烧损，导电环靠近绝缘套管处烧熔断开一个大的缺口。分析认为是绝缘部分绝缘不良导致整流器短路。
（4）更换整流器绝缘圈，所有的绝缘垫、绝缘套管、导电环，并对导电环加宽加厚。在开机冲转2845r/min时，励磁机振动剧烈。打开检查发现，一只二极管的引出线有三分之二的部分被烧断，分析认为是此二极管引出线碰撞二极管的管壁造成放电将引出线割断，在对励磁机转子电枢进行直阻测试时，发现AC直阻较为接近出厂值，AB、BC直阻与出厂值偏差极大，用万用表进行粗测，AC为0.2欧姆，AB、BC分别为1.1k欧姆，由此可以判定励磁机的转子电枢已损坏。
旋转整流器作为同步发电机的重要组成部分、无刷励磁系统的核心，为了保证防爆安全性和运行的可靠性，无刷励磁同步发电机的旋转整流器设计应能满足和符合以下要求：（1）旋转整流器主体结构设计和其电力电子器件、自动控制单元、保护器件的选型，都必须是增安型元件、器件或组件。（2）旋转整流器应能承受同步发电机起动与加速运行、同步运行以及在产品型式试验中的动态旋转离心力、自由振荡、不均匀负载所产生的强制振荡、脉动转矩的机械冲击力与电力系统或负载突然产生暂态扰动故障的冲击性转矩情况，并能安全可靠地运行而不产生损坏事故。（3）旋转整流器应能承受6500g（g=9.81m/s）的离心加速度试验而不能损坏或变形。（4）旋转整流器的结构设计要求构造简单，制造容易，合理紧凑地布置元件、器件、组件，相关电气、接线端子要少，连接线要短而且牢固可靠、更换方便容易，并贯彻标准化、规格化、系列化和通用性、互换性、经济性的设计原则。（5）旋转整流器设计必须符合防爆标准的规定和要求，在器件质量均匀分布，电气线路连接方式，元件、器件、组件布置的电气间隙，带电部分的爬电距离，绝缘件的绝缘处理，绝缘材料的选择，紧固件的止动锁定等综合性设计中，设计者必须同时考虑到充分合理地利用同步发电机的有效空间和冷却通风系统。（6）旋转整流器主体结构设计应具有良好的快速、均匀地传导损耗热的散热性能和合理的通风系统，并根据防爆要求在发电机堵转时间内，旋转整流器的电力半导体器件的最高表面温度不得超过国家防爆标准GB3836.1－2000规定值的80％（即留有20％的裕度）。（7）旋转整流器的整流电路和控制、保护电路的晶闸管和整流二极管能承受的反向峰值电压（电压浪涌）不低于5倍额定励磁电压，同时应具有电力半导二极管器件损坏的自动保护和报警显示装置。（8）旋转整流器应具有静平衡和动平衡调节的装置。（9）旋转整流器的电力半导体器件的单只管式散热器件或极板型多只管式散热器件，在和旋转整流器的主体安装支架组装时所采用的高强度主支撑绝缘环、绝缘垫片或半圆弧形绝缘垫、绝缘套管、绝缘垫圈等配件，除保证具有承受振荡、离心力的机械强度之外，还需要具有必要的绝缘强度、爬电距离，良好的耐热性能、耐电弧性能，热变形小、吸潮性小、由不易燃或难燃的绝缘材料制造；另外，根据根据国家标准规定，非压塑成形的加工绝缘体均须在加工后经浸渍绝缘处理；国家防爆标准GB3836.1-2000绝缘套管扭转试验规定：“连接件的绝缘套管在连接或拆卸时导管会受到扭矩的作用，因此绝缘套管应经受扭转试验”。
综合以上现象及分析，这5次事故，有2次是整流二极管的引出线的绝缘破损导致短路，3次是绝缘部件的绝缘不良导致放电或短路。究其原因，主要是四个方面：一是旋转二极管的引出线配置不合理，导致引出线与二极管的外壁摩擦使绝缘破损；二是整流器的绝缘部件绝缘等级不够或质量较差，导致短路的发生。三是整流环、螺丝等导电部分以及绝缘部件做工不精细（有些地方有毛刺），引起尖角放电。四是整流元件未加装熔断器，导致短路电流持续，烧毁励磁机电枢。 由此，我们提出以下整改措施：（1）对旋转二极管的引出线进行整改：引出线尽可能减短，使之不能接触到二极管的管壁；增强引出线的绝缘（包括绝缘强度及绝缘等级）。（2）整流器的绝缘部件进行整改：绝缘部件提高一个等级（包括绝缘强度及绝缘等级）；选用质量优良的绝缘子。（3）对整流环的加工工艺进行优化：不论是导电部分还是绝缘部分，进行充分打磨，使之不易产生尖角放电。（4）整流元件加装熔断器。
根据以上分析，重新制作新的旋转整流器、励磁机转子。安装后，运行3个月以来，运行稳定。
参考文献：
[1]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用.中国电力出版社，2002.
[2]孟凡超，吴龙.发电机励磁技术问答及事故分析.中国电力出版社.2008.
[3]李幼倩，韩君强.现代新型无刷励磁同步发电机的设计及应用.机械工业出版社.2009.