0 引言

绝缘水平是评价高电压设备运行可靠性的重要指标之一。抽水蓄能机组发电电动机组绝缘过低，会造成绝缘击穿或接地短路故障，严重威胁机组、设备的运行安全^[1]。本文以内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站（以下简称呼蓄电站）300 MW发电电动机组为研究对象，对机组运行期间发生的转子绕组各类绝缘故障进行分析，并给出现场处理方法。

1 设备概况

呼蓄电站发电电动机为三相、立轴、悬式（具有上、下导轴承）、空冷、可逆式同步电动机，额定转速500 r/min，额定工作水头521 m。转子采用上、下分段结构，磁极铁心采用高强度薄钢板冲片，磁极冲片采用多T尾结构固定在磁轭上，并使用渐缩键使其紧固。每台机组转子有6对磁极，磁极之间通过U形引线连接，1号和12号磁极通过转子引线引至滑环。转子绕组由集电环、引线、磁极绕组、极间连接等组成。

集电环与集电环支架之间用缠绕固化云母带的螺杆支撑保证绝缘，结构如图 1所示。云母带绝缘老化、集电环绝缘块碳粉堆积均会造成转子绝缘不良。

转子引线铜排外缠绕浸胶云母带，固化后形成3 mm厚的绝缘，绝缘外用冷轧钢板紧密包裹防止绝缘破损，如图 2所示。云母带老化或磨损均可导致转子绝缘不良^[2]。

转子磁极绕组套在磁极铁心外，采用绝缘压块配合T形金属压板固定，见图 3。线圈与铁心径向通过环氧树脂磁极托板支撑和保证绝缘，线圈与铁心侧边通过NOMEX纸配合7 mm空气间隙保证绝缘，空气间隙塞入绝缘塞板固定线圈并保证空气间隙距离^[3]。

2 典型故障分析及处理 2.1 磁极内部杂物致接地导通跳机 2.1.1 故障现象

呼蓄电站某发电电动机组完成背靠背拖动，转停机过程中发生转子接地故障，发电机转子（1~3 Hz）接地保护动作，导致机组励磁综合跳闸、电气事故动作。

故障发生时机组主进水阀、调速器导叶已全关，机组转速为0。停机后先使用万用表测量发现转子绕组与地网导通，但使用绝缘电阻测试仪检测时则导通消失，转子绕组绝缘电阻及吸收比数据均正常，转子绕组耐压试验合格，试验数据见表 1所示。

2.1.2 原因分析

试验数据显示转子绕组绝缘电阻合格，吸收比（1.71）远大于电力设备预防性试验规程中“沥青浸胶及烘卷云母绝缘吸收比不应小于1.3”的规定值^[4-5]。判断转子绕组绝缘结构中不存在永久性接地，初步分析为发电电动机机腔内留有的大量金属屑脏污附着在定、转子绕组上，机组停机后，发电机定、转子之间的残余磁场将金属屑磁化，磁极极身空气间隙中有铁屑连接成桥，导致线圈通过铁心接地。在绝缘测试过程中，因直流电压将铁屑击落，接地消失。

2.1.3 处理措施

机组检修期间，将磁极全部取出，重新处理磁极线圈与磁极铁心之间的绝缘；对转子磁极、转子引线等结构进行彻底清扫，对定子绕组进行清扫，严格控制现场环境，保证机腔内无金属屑杂物。通过对磁极进行彻底清理，排除了转子接地故障隐患。

2.2 磁极键润滑脂附着引发绝缘下降导致机组转子接地保护报警 2.2.1 故障现象

呼蓄电站某发电电动机组在发电运行过程中，发电机保护A套动作报警，发电机转子接地保护（1~ 3 Hz）报警且无法复位，检查机组转子对地绝缘值在80 kΩ左右跳变（报警值80 kΩ，跳机值≤5 kΩ）。机组停稳后，检查机组转子对地绝缘值升至130 kΩ左右，可以手动复归报警，但绝缘值仍较低（正常999 kΩ）。机组停机后，检测了转子绕组绝缘电阻，采用二分法使用绝缘电阻测试仪确定绝缘薄弱的磁极绕组为1号、12号，试验数据见表 2。

2.2.2 原因分析

1号磁极绕组绝缘不合格，使用1 kV绝缘电阻测试仪测量时，仅能维持电压450 V左右。12号磁极绕组绝缘电阻值较低，其他磁极绕组绝缘电阻值也普遍不高。该机组内转子磁极绕组绝缘水平普遍下降，分析原因可能是磁极绕组结构存在附着物或金属屑搭桥。

将磁极拔出检查，磁极极身内清洁无异物且绝缘情况良好，但磁极上端部存在大量润滑脂，润滑脂上残留少量焊渣，且磁极铁心的NOMEX纸上有电焊焊渣烫伤的孔洞。因磁极吊装后需采用键条固定，打键过程中，键条上润滑脂会累积到磁极上端铁心与线圈夹角处。磁极打键后还需焊接固定，焊渣附着到润滑脂上，导致线圈绝缘下降，但未出现直接接地，仅在机组运行中出现接地报警。磁极绕组上端部润滑脂淤积附着焊渣导致绝缘故障（见图 4）。

2.2.3 处理措施

将积淤的润滑脂擦拭干净，补好烫伤烧损的绝缘纸，测试磁极绝缘合格。建议严格管控每次检修磁极打键、焊接工艺，防止再次出现润滑脂积淤和绝缘纸烧伤情况。

2.3 转子引线托盒内铁屑积累引发绝缘下降 2.3.1 故障现象

呼蓄电站某发电电动机组C级检修结束后，进行转子绕组预防性试验时，转子绕组交流耐压试验不合格，绝缘击穿。绝缘击穿后，使用绝缘电阻测试仪对转子绕组进行测试，电压维持在45 V，绝缘电阻值为11.73 kΩ，试验数据见表 3。

2.3.2 原因分析

转子绕组发生了不可恢复的绝缘击穿现象，在固体绝缘上造成了永久性绝缘损伤。初步判断绝缘击穿点可能在转子绕组引线结构上或在磁极内部的极身绝缘塞入绝缘板部位。

采用分段法查找击穿点，断开磁极绕组的两端引线、拆除瓶型轴穿轴引线套管，判断击穿位置在瓶型轴内部的绝缘引线上。吊出引线支架，发现引线固定支撑托盒结构中有金属屑积累，引线绝缘外表面有放电痕迹。该托盒结构位于瓶型轴内转子引线下端部，起支撑转子引线作用，托盒内累积大量金属屑，且托盒内表面有毛刺，托盒结构与引线之间绝缘层受力挤压，长期运行状态下导致引线绝缘损伤或变弱，耐压试验中发生绝缘击穿^[6]。

2.3.3 处理措施

重新处理引线处（尤其是与固定支撑结构接触部位）的绝缘，清理干净托槽内的金属屑及毛刺，最后刷绝缘漆。

3 防范措施

呼蓄电站建设过程中，施工现场未能保证转子内彻底清洁，每台机组内部或多或少存在金属屑，金属屑积累成桥，导致绕组直接接地或绝缘不良；投运后的每次检修中，存在交叉作业现象，打键时过度使用润滑脂，焊接过程中防护不当等问题也是导致绝缘下降的主要因素。通过分析、总结历次转子绕组接地故障，提出以下防范措施。

（1）严格按照交接试验规程及预防性试验规程进行设备试验。磁极拆装改造后应按照GB 50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》 ^[7]规定进行交接试验，按照DL/T 596—1996 《电力设备预防性试验规程》 ^[4]及《电力设备交接和预防性试验规程》 ^[6]等标准规定进行预防性试验。不可降低标准及缺项。

（2）改善设备运行环境。每次检修要清理发电机内的金属屑，保证发电机内部清洁^[8-9]；设备责任人应对设备检修的全过程进行跟踪管控，确保检修全过程不造成新的污染。必要时，分解磁极线圈和铁心，彻底清理磁极内部所有金属屑，重新做磁极绝缘，保障磁极内部清洁^[10]。

（3）及时处置绝缘薄弱点。对转子绕组绝缘结构中可能存在绝缘损伤或者绝缘老化从而引起绝缘薄弱的部位（如引线托槽部位），应定期检查其绝缘状况并及时处理，通过增加绝缘或重新做绝缘的办法，解决绝缘隐患^[11]。

4 结语

分析呼蓄电站发电电动机运行中多次发生的转子绕组接地故障发现，金属屑是导致转子绝缘下降甚至击穿的主要因素。为预防类似事件的发生，应在机组运行、检修过程中，通过分析绝缘结构、诊断绝缘薄弱点，及时消除绝缘异常情况、提高绝缘水平，确保发电电动机组的安全稳定运行。