王舰锋

（神华国能哈密电厂，新疆 哈密 839000）

0 引言

绝缘性能是衡量发电机安全性能是否符合标准的重要指标，发电机投入使用前必须进行绝缘性能试验，以此保障生产安全。但在长期生产作业运行期间，发电机受到各类因素干扰而易出现励端轴瓦绝缘失效故障，产生电流，为发电机的安全稳定运行埋下隐患。为避免励端轴瓦绝缘失效故障造成发电机生产安全事故，须对绝缘失效故障加以重视，结合发电机检修记录，了解其励端轴瓦实际参数，判断是否存在绝缘失效隐患，并对常见故障原因进行分析论证，熟悉故障处理措施，以此更好地应对故障问题。

1 绝缘失效故障概况

1.1 发电机结构

某型号为QFSN-660-2-22B 的660MW 发电机在近期运行期间常出现励端轴瓦绝缘故障问题，为探究故障产生原因，并进行应对处理，须明确发电机结构，该型号发电机作为三相交流隐极式发电机，主要由励端轴瓦、密封瓦、汽端盖、励端盖、转子、定子、冷却器、汽端轴瓦等部件构成，其中励端、端盖、轴承结构示意图见图1[1]。该QFSN-660-2-22B 660MW 发电机额定电压、额定转速分别为22000V、3000r/min，定子、转子绕组均为F 级绝缘，为避免发动机在运行期间遭受电流危害，在发电机端盖与励端中间环、轴瓦轴承座、外挡油盖间均已做好绝缘处理，在检修期间，须对绝缘效果进行控制，检查发电机端盖与各部件间的绝缘效果是否完好，以此保障发电机机组在绝缘环境下安全化、稳定化运行。

图 1 励端、端盖、轴承结构示意图

1.2 绝缘失效故障记录

该QFSN-660-2-22B 型号的660MW 发电机在近阶段大修中频繁出现发电机励端轴瓦绝缘失效现象，使发电机检修返工率极大提升，不仅给发电机检修工期造成阻碍，还因励端轴瓦绝缘失效现象埋下了发电机机组运行安全隐患。在该型号规格发电机设备中，绝缘失效问题主要集中在轴承座、密封瓦座2 个部位，发电机检修期间的绝缘失效记录如表1所示。

表 1 发电机检修期间的绝缘失效记录

将大修实测结果与标准数据进行对比后可发现，轴承座、密封瓦座为发电机励端轴瓦绝缘失效的主要表现部位，且通油前、通油后均存在绝缘故障，而解决轴承座、密封瓦座处绝缘故障须耗费1d～3d，给生产作业造成阻碍，并产生经济损失，因此须加强对发电机励端轴瓦绝缘失效故障的重视，以发电机结构为依据进行故障处理分析，结合设计运行情况进行故障处理，避免励端轴瓦绝缘失效问题扩大而导致额外损失。

2 绝缘失效故障原因分析

为解决该660MW 发电机在运行期间常发生的励端轴瓦绝缘失效故障问题，组建绝缘失效故障专项处理小组，由专业技术人员组成，对设备缺陷进行研究。

2.1 密封瓦座绝缘异常

在660MW 发电机结构中，密封瓦座主要使用端盖、中间环完成结构固定，绝缘垫片位于中间环两侧，为保证励端轴瓦绝缘效果，中间环与端盖、密封瓦座间的螺栓均采用绝缘垫圈、绝缘套管进行处理，提升整体绝缘效果。从发电机励端轴瓦结构角度进行分析，若绝缘垫圈、绝缘套管、绝缘垫片任何1 个部件出现绝缘异常情况，均有可能引发密封瓦座绝缘失效故障，而螺栓与绝缘垫圈、绝缘套管直接接触，该结构承受较大压应力，若在检修期间多次拆卸安装，则会在压应力作用下，使绝缘垫圈、绝缘套管表面出现裂纹问题，当发动机通油后，表面裂纹将直接暴露在发电机油气中，润滑油中油气、水分经挥发后，由表面裂纹进入绝缘垫圈、绝缘套管内部，且润滑油内金属杂质随油气、水分于裂纹内堆积，在金属杂质堆积、油气水分侵蚀下，导致垫圈、套管处绝缘效果降低，并在长期未处理下引发绝缘失效故障。

中间环与密封瓦座、端盖间设有绝缘垫片，其绝缘性能受安装清洁度、紧固力矩、处理工艺、垫片材质影响。若绝缘垫片安装时清洁度不佳，混入沙粒尘土等，将导致绝缘失效问题；若绝缘垫片安装时紧固力矩不均或过大，则会导致金属杂质混入垫片结构中，继而导致绝缘失效问题；若绝缘垫片工艺不佳，导致绝缘垫片表面绝缘漆刷涂不均，则会导致绝缘性能存在缺陷，在长期运行中出现绝缘失效故障；若垫片本身材质绝缘性能不足，同样可埋下绝缘失效隐患。

在该660MW 发电机A、B 两次大修期间，发现绝缘失效故障后对绝缘垫片、绝缘垫圈、绝缘套管进行全面检查，并组织绝缘试验，最终发现绝缘垫圈结构完好，但部分绝缘套管出现表面裂纹情况，且检查时发现裂纹内已堆积金属杂质及油污，此时对无裂纹绝缘垫圈及绝缘套管展开绝缘试验，但试验结果显示，部分绝缘套管绝缘值为200MΩ，部分为显示为无穷大，出现该差异的原因是绝缘套管经长期使用受到油气、水分侵蚀，累积在绝缘套管内部，继而出现绝缘性能下降的情况。除此之外，对绝缘垫片全面检查，发现存在局部压裂问题，裂纹中有油污堆积，且绝缘垫片表面绝缘漆厚度不均，运用摇表仪器对绝缘垫片进行测试，发现绝缘垫片绝缘值已低于1MΩ，绝缘性能远低于标准值，出现该现象的原因在于绝缘漆厚度不均、安装不当，导致绝缘垫片在发动机运行期间暴露于润滑油环境中，继而引发绝缘失效问题。对该660MW 发电机A、B 两次大修检查结果进行分析，最终判定密封瓦座绝缘失效故障主要为垫片安装不当、套管裂纹、垫片处理工艺不佳。

2.2 轴承座绝缘异常

轴承座是轴瓦是连接端盖的结构，且具有支撑性作用，为保证绝缘效果，该型号660MW 发动机轴承座为双重绝缘结构，即轴承座两侧垫块间设有2 块绝缘板，该绝缘板由轴承座与螺栓（4 颗）进行固定，而绝缘垫片则位于轴承座与螺栓之间，以此在螺栓与轴承座结构间起到绝缘效果，此外为避免异物杂质进入螺栓孔，并逐渐渗透到绝缘垫片结构内，采用环氧树脂塞将4 个螺栓孔封堵完毕，继而起到提升绝缘性能效果的作用。从轴承座结构角度进行分析，绝缘套管、轴承座绝缘板、环氧树脂塞部件若出现绝缘异常情况，则易出现轴承座绝缘失效故障。轴承座绝缘套管、绝缘板性能与密封瓦座结果类似，若绝缘套管、绝缘板结构出现表面裂缝，容易出现绝缘失效故障。为保证轴承座螺栓环氧树脂塞效果，在设备检修期间，通常不将其拆卸检查，若环氧树脂塞本身安装效果不佳或加工尺寸不当，则会使润滑油中的油气水分进入绝缘部件提供缝隙通道，在日积月累中导致螺栓孔内堆积大量金属杂质及油污，使轴承座与四颗固定螺栓间的绝缘效果降低，导致绝缘失效故障。

在该型号660MW 发动机设备B 大修中，发现轴承座存在绝缘异常故障后，对绝缘套管、轴承座绝缘板、环氧树脂塞部件进行全面检查，并组织绝缘测试，对轴承座绝缘套管、绝缘板检查后发现，其表面虽无破损问题，但测试结果显示，整体绝缘效果不佳，经分析后得出以下结论：轴承座绝缘板经多个换料周期连续使用而长期暴露在发电机油气环境中，润滑油内油气水分逐渐渗透进绝缘板部件内部，使绝缘板绝缘性能下降，并导致绝缘失效故障。为探究绝缘失效故障产生原因，将环氧树脂塞拆卸后发现轴承座背部螺栓孔内已堆积满润滑油，且润滑油内掺有水分及金属杂质，继而导致环氧树脂塞失去绝缘效果，出现绝缘失效故障问题[2]。为探究出现该现象的原因，测量环氧树脂塞尺寸结构是否与螺栓孔形状大小吻合，经测量后发现，环氧树脂塞内外孔径存在缺陷，导致螺栓孔与环氧树脂塞间存在间隙，在发动机长期运行下，润滑油水分与油气进入轴承座螺栓孔内，继而引发轴承座绝缘失效故障。总而言之，该660MW 发动机出现轴承座绝缘失效故障的原因主要在于绝缘板性能不佳，环氧树脂塞尺寸不当，因此在后续故障处理工作中，应根据故障原因进行针对性处理。

2.3 通油后绝缘异常

发动机设备机组安装完毕后须进行油冲洗，并组织发电机气密性试验，在此期间，设备检修人员须注意观察发电机密封边界情况，检查是否存在漏液情况。设备查漏时，可采用喷检漏液查漏方法，将检漏液喷至设备密封瓦座绝缘垫片处，以此观察密封瓦座是否存在泄漏故障。在该660MW 发动机大修中，发现轴承绝缘部件通油后存在绝缘失效的可能，同时，经气密试验后，部分绝缘部件同样存在绝缘失效隐患。根据发动机部件上述现象进行分析，发现故障原因主要为以下几点：1）润滑油水分超标或颗粒度过大，导致润滑油大颗粒在发动机运行期间遗留在绝缘套管表面，或因水分超标而使水分进入绝缘套管结构内部，继而使轴承在发动机通油后发生绝缘失效故障。2）检修期间导致异物进入设备内部，因检修清洁度不足导致金属杂质等遗留在设备内，当发动机通油，机组运转，使金属杂质在机组动力作用下转移到轴承座绝缘板夹层内，继而引发绝缘失效故障。3）发电机查漏结束后须检查密封瓦座绝缘情况，但在大修期间测量时，发现绝缘值为零，为探究绝缘失效故障是否由检漏液引发，制造了尺寸规格相同的中间环与密封瓦座，采用模拟试验的方式进行验证，在本次模拟试验中，将704 密封胶涂抹至TN9001 绝缘垫片表面，围绕绝缘性能进行分析，最终发现该绝缘垫片在未完全紧固时绝缘性能最佳，未完全紧固时，绝缘效果为400MΩ，若进一步紧固力矩，使力矩达到346N·m 时，绝缘性能有所降低，为200MΩ，但仍符合发动机设备绝缘标准，但喷检漏液后，发现绝缘垫片绝缘性能下降至0.1MΩ，接近于0，可判定为出现绝缘失效问题，对该现象进行全面检查，最终发现所应用的检漏液存在较强渗透性，存在大量水分，在喷检期间导致水分进入绝缘垫片，继而引发绝缘失效故障[3]。总而言之，发动机通油后产生绝缘失效故障的原因是检修清洁度低、润滑油品质差、检漏液水分含量高。

3 该660MW 发动机励端轴瓦绝缘失效故障处理措施

3.1 故障原因总结

对上述绝缘故障原因进行总结归纳，发现导致660MW发动机励端轴瓦产生绝缘失效故障的原因可归纳为以下几点：1）绝缘套管在使用期间出现表面裂纹，导致油气、水分、金属杂质等在裂纹内堆积；2）绝缘垫片处理不当，导致绝缘漆涂抹不均，此外安装不当同样可引发故障问题；3）轴承座背部螺栓孔环氧树脂塞尺寸不当，导致螺栓孔与环氧树脂塞间存在裂纹间隙；4）绝缘板因长期暴露在油气环境下而绝缘性能不足，在水分、油气长期作用下出现绝缘失效现象；5）润滑油质量不足，导致水分及金属杂质超标；6）发动机设备绝缘检修清洁度不足，导致金属杂质在检修期间混入设备结构内部；7）在检修期间采用检漏液，在检漏液作用下导致绝缘垫片绝缘效果丧失。若在日常检修中发现发电机存在励端轴瓦绝缘失效隐患，须将故障发电机型号编号、隐患现象、相关数据参数等详细记录，形成《660MW 发动机励端轴瓦绝缘失效故障记录单》，为绝缘失效故障处理提供依据，并借助记录单的方式形成档案，便于后续经验总结。

3.2 故障处理措施

根据上述绝缘失效原因总结，绝缘失效故障专项处理小组制定了相应的应对措施。1）定期更换绝缘套管，在发动机日常检修期间增加绝缘套管质量检查步骤，及时发现绝缘套管裂纹问题，在引发绝缘失效前解决绝缘套管表面裂纹；2）涂抹绝缘垫片绝缘漆时，采用3 次喷漆方式，代替现有一次喷涂工艺，使绝缘漆均匀涂抹，此外，为避免绝缘垫片力矩过紧，以30%、60%、100%为拧紧力矩节点分3 次紧固；3）更换轴承座背部螺栓孔环氧树脂塞，按螺栓孔尺寸形状进行加工处理，且将环氧树脂塞纳入设备日常检修作业中；4）检修期间拆卸所得绝缘板应烘干处理，降低绝缘套管内油气、水分含量，以此避免绝缘失效问题；5）通油前全面检查润滑油质量，润滑油品质达8 级以上方可应用；6）加强对检修过程的控制，增加异物检查环节，若发现金属杂质等异物进入设备结构内，须立即清理，通过提升检修清洁度，避免绝缘失效故障；7）运用氦质谱查漏方式取代检漏液查漏手段，避免检漏液对绝缘性能导致影响，并提升了查漏精度[4]。处理绝缘失效故障问题时，须依据《660MW 发动机励端轴瓦绝缘失效故障记录单》确定可能存在的故障源，根据故障现象进行针对性探查，以此提高故障处理效率。完成故障处理后，补充《660MW 发动机励端轴瓦绝缘失效故障记录单》，将故障分析过程、故障处理方法、处理效果跟踪等情况记录在内，除此之外，开展技术培训等活动时，可根据《660MW 发动机励端轴瓦绝缘失效故障记录单》内容组织案例分析活动，以此全面提升技术人员励端轴瓦绝缘失效故障处理能力。

4 结语

综上所述，在该QFSN-660-2-22B 型号660MW 发电机运行期间，出现了励端轴瓦绝缘失效故障，为确保故障处理效果，须在明确发电机结构的基础上进行故障分析，并采用故障记录的方式收集故障数据，根据常见故障原因进行研究，最终总结出导致660MW 发电机励端轴瓦绝缘失效的原因主要包括套管裂纹、垫片安装不当、绝缘板性能不佳等，在处理时应以故障原因为依据，以此保证处理效果，完成本次660MW 发电机励端轴瓦绝缘失效故障处理后，对该发电机进行后续跟踪，发现其并未出现绝缘失效隐患现象，处理效果良好。