發(fā)電機(jī)具有良好的絕緣電阻是安全運(yùn)行的關(guān)鍵，溫度是影響設(shè)備絕緣的重要因素之一，發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子在3000r/min轉(zhuǎn)速下帶載運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而國(guó)內(nèi)大型發(fā)電機(jī)大多采用水-氫-氫冷卻方式，即定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，定子鐵心氫冷的方式。

對(duì)于定子冷卻水（以下簡(jiǎn)稱定冷水）匯流管直接接地型發(fā)電機(jī)，因發(fā)電機(jī)檢修后或停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，在通水后測(cè)量定子繞組絕緣電阻存在一定困難，本文就神福鴻電QFSN-1050-2- 27型汽輪發(fā)電機(jī)組定子絕緣問(wèn)題進(jìn)行分析和處理。

1 發(fā)電機(jī)定子絕緣低的原因分析

某電廠1050MW機(jī)組使用的是東方電機(jī)股份有限責(zé)任公司生產(chǎn)的QFSN-1050-2-27型汽輪發(fā)電機(jī)組，額定電壓27kV，定子繞組由嵌入鐵心槽內(nèi)的絕緣條形線棒組成，繞組端部為籃式結(jié)構(gòu)，并且有連接線連接成規(guī)定的相帶組。繞組絕緣采用少膠VPI絕緣，絕緣等級(jí)F級(jí)。

定子線棒由絕緣空心股線和實(shí)心股線混合編織換位組合而成（如圖1所示），定子線棒通過(guò)空心股線中的水介質(zhì)來(lái)冷卻，冷卻水從勵(lì)端的匯流管和絕緣引水管并通過(guò)線棒端頭的水接頭進(jìn)入線圈，冷卻線圈后經(jīng)過(guò)汽端絕緣引水管和匯流管排入外部水系統(tǒng)。

從發(fā)電機(jī)絕緣電阻測(cè)量及定子絕緣結(jié)構(gòu)（如圖2所示）方面來(lái)講，被試發(fā)電機(jī)的定子出水匯流管直接接地，給通水后測(cè)量定子繞組絕緣電阻帶來(lái)困難，國(guó)內(nèi)測(cè)量水冷繞組的絕緣電阻一般采用專用水搖表測(cè)量，但該搖表僅僅適用于定子水路不直接接地系統(tǒng)，而定子水匯流管直接接地系統(tǒng)用普通搖表測(cè)量，絕緣電阻受定冷水水質(zhì)影響較大。

結(jié)合發(fā)電機(jī)絕緣電阻測(cè)量方法及定子絕緣進(jìn)行分析認(rèn)定絕緣情況會(huì)受到定冷水水質(zhì)、氫氣露點(diǎn)、環(huán)境溫濕度以及發(fā)變組所屬設(shè)備的影響。

圖1 發(fā)電機(jī)線棒結(jié)構(gòu)圖

圖2 發(fā)電機(jī)絕緣測(cè)量示意圖

1.1 發(fā)電機(jī)定冷水水質(zhì)對(duì)定子絕緣的影響

1050MW發(fā)電機(jī)組自投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)在定冷水系統(tǒng)通水條件下測(cè)量定子絕緣值不滿足起動(dòng)要求，當(dāng)定冷水pH值超過(guò)7～9范圍或電導(dǎo)率＞0.75μS/cm，絕緣值＜0.1MΩ時(shí)（根據(jù)東方電機(jī)股份有限公司說(shuō)明書(shū)要求，1050MW機(jī)組發(fā)電機(jī)定子絕緣值在通定冷水后測(cè)量，其絕緣值不小于0.1MΩ），絕緣不合格，發(fā)電機(jī)定子絕緣值測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 發(fā)電機(jī)定子絕緣值測(cè)試結(jié)果

1）定冷水電導(dǎo)率對(duì)定子絕緣的影響分析

定冷水電導(dǎo)率對(duì)銅導(dǎo)線的腐蝕有一定影響，從圖3看出，電導(dǎo)率為1◆S/cm時(shí)腐蝕速度趨于平穩(wěn)，電導(dǎo)率升高或降低都會(huì)影響銅導(dǎo)線腐蝕速度，水中導(dǎo)電離子含量越多，溶液體系的電阻越小，陰陽(yáng)極電極反應(yīng)的阻力就越小，銅的腐蝕就會(huì)加快。

電導(dǎo)率對(duì)定冷水系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在電流泄漏損失，因?yàn)殡妼?dǎo)率高，水的絕緣性變差，定冷水系統(tǒng)的外管道和設(shè)備外殼是接地的，電導(dǎo)率造成電流損失。電導(dǎo)率越大，定子電壓越高，發(fā)電機(jī)運(yùn)行損耗越大。

圖3 水電導(dǎo)率與銅腐蝕速度關(guān)系曲線

2）定冷水pH值對(duì)定子絕緣的影響分析

從電位—pH值平衡圖分析（如圖4所示），25℃時(shí)銅穩(wěn)定的pH值區(qū)間在7～10之間，這一區(qū)間內(nèi)銅表面生成致密完整的氧化銅保護(hù)膜，阻止了銅基體的進(jìn)一步腐蝕。對(duì)于內(nèi)冷水系統(tǒng)pH值按GB/T 12145—2016標(biāo)準(zhǔn)一般控制在7.0～9.0之間，pH值在銅的腐蝕中起重要的作用。

由圖4可知，當(dāng)pH值低于6.8時(shí)，水質(zhì)呈弱酸性，此時(shí)銅處于腐蝕區(qū)，表面很難形成穩(wěn)定的保護(hù)膜，銅的腐蝕急劇增加。銅腐蝕會(huì)引起內(nèi)冷水中銅離子增加，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)泄漏電流的增加，發(fā)電機(jī)絕緣降低。

1.2 發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣露點(diǎn)對(duì)發(fā)電機(jī)定子絕緣的影響

定子線棒對(duì)地的絕緣與制造質(zhì)量以及機(jī)內(nèi)氫氣的露點(diǎn)有關(guān)，氫氣露點(diǎn)高導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)受潮凝露，直接影響發(fā)電機(jī)定子絕緣測(cè)量值。

圖4 pH與銅腐蝕速度關(guān)系曲線

1.3 發(fā)變組所屬設(shè)備對(duì)發(fā)電機(jī)定子絕緣的影響

發(fā)電機(jī)定子回路絕緣測(cè)量包括發(fā)電機(jī)出口封閉母線，主變低壓側(cè)繞組、勵(lì)磁變高壓側(cè)、高廠變高壓側(cè)共箱母線以及發(fā)電機(jī)出口電壓互感器和避雷器等連接設(shè)備（如圖5所示），發(fā)電機(jī)定子回路絕緣測(cè)量受所連接設(shè)備絕緣影響大，尤其是電廠地處海邊，環(huán)境濕度大，勵(lì)磁變繞組、發(fā)電機(jī)出口封閉母線以及高廠變高壓側(cè)共箱母線容易受潮，直接影響發(fā)電機(jī)定子回路絕緣測(cè)量值。

圖5 發(fā)變組一次回路圖

2 發(fā)電機(jī)定子絕緣低預(yù)防及處理方法

1）提升定冷水水質(zhì)品質(zhì)，控制定冷水電導(dǎo)＜0.75μS/cm，pH值在8.0～8.9之間。

（1）在機(jī)組起動(dòng)前，發(fā)電機(jī)定冷水系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，通過(guò)改變水流方向，對(duì)定子線棒進(jìn)行反沖洗，將發(fā)電機(jī)線棒內(nèi)積存的雜質(zhì)和污垢沖洗掉，確保定冷水水質(zhì)合格。逐步投入定冷水加熱器，將定冷水溫提升至50℃進(jìn)行定冷水系統(tǒng)反洗，反洗時(shí)間4h，可以驅(qū)趕機(jī)內(nèi)線棒間的潮氣，避免發(fā)電機(jī)定子回路絕緣因受潮不合格。

（2）采用定期直接加氫氧化鈉（NaOH）的方法來(lái)提高pH值，效果不明顯，由于加入的NaOH的量難于掌握，同時(shí)加入的藥難以混合均勻，會(huì)加速定子線棒的銅腐蝕。根據(jù)機(jī)組現(xiàn)有條件將定子水補(bǔ)水由除鹽水補(bǔ)水改為凝結(jié)水（精處理混床出口母管（加藥前）和8號(hào)低加入口（加藥后））水源進(jìn)行補(bǔ)水，既可保證補(bǔ)水水質(zhì)，又能調(diào)節(jié)水中pH值，使定冷水pH值控制在8.0～8.9之間，避免發(fā)生銅腐蝕現(xiàn)象（如圖6所示）。

圖6 定冷水系統(tǒng)改造圖

（3）采用微堿離子交換樹(shù)脂處理定冷水，使用鈉型陽(yáng)樹(shù)脂、氫型陽(yáng)樹(shù)脂以及氫氧型陰樹(shù)脂按照1:2:1比例進(jìn)行填裝[10]，使定冷水含有微量NaOH，提高pH值，在發(fā)電機(jī)定子測(cè)絕緣前，投入定冷水系統(tǒng)離子交換器，使30%定冷水旁路處理調(diào)節(jié)定冷水水質(zhì)，有效改善定冷水水質(zhì)，控制定冷水電導(dǎo)率在0.75μS/cm以下，減少定冷水中銅離子含量，保證發(fā)電機(jī)定子回路絕緣測(cè)量不受水質(zhì)影響。

2）控制發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣品質(zhì)合格

在發(fā)變組絕緣測(cè)量前，進(jìn)行發(fā)電機(jī)氫氣置換，發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)氫氣壓力控制在0.45MPa，氫氣純度≥98%，開(kāi)起發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機(jī)，投入氫氣干燥裝置，發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣露點(diǎn)控制在 25℃，以使發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣進(jìn)行巡回干燥，從而得到干燥發(fā)電機(jī)內(nèi)部鐵心的目的。

3）合理的操作和調(diào)整，提高發(fā)變組所屬設(shè)備絕緣

（1）發(fā)電機(jī)停運(yùn)后，應(yīng)立即停運(yùn)氫氣冷卻器，關(guān)閉氫氣冷卻器進(jìn)出口手動(dòng)門(mén)，避免發(fā)電機(jī)定子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組絕緣受潮凝露。

（2）發(fā)變組停運(yùn)后，發(fā)電機(jī)封閉母線無(wú)檢修工作時(shí)，應(yīng)保持封閉母線微正壓裝置運(yùn)行，壓力控制在0.3～1.5kPa之間，以干燥發(fā)電機(jī)出口封閉母線，并加強(qiáng)檢查封閉母線密封情況，發(fā)現(xiàn)漏氣及時(shí)聯(lián)系修復(fù)。

（3）發(fā)變組停運(yùn)后，高廠變高壓側(cè)共箱母線無(wú)檢修工作采用熱風(fēng)循環(huán)裝置自動(dòng)干燥運(yùn)行，控制溫度35℃，濕度≤50%。

（4）在機(jī)組起動(dòng)前用儀用壓縮空氣對(duì)離相封閉母線軟連接引線以及支持瓷瓶等進(jìn)行吹掃，確保干凈干燥。

（5）在機(jī)組起動(dòng)前，盡早起動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)盤(pán)車裝置，加快空氣流通，把潮濕的空氣置換出來(lái)。

（6）在機(jī)組起動(dòng)前，提前開(kāi)起勵(lì)磁變冷卻風(fēng)扇，利用空氣對(duì)流把勵(lì)磁變繞組內(nèi)潮濕的空氣置換掉，必要時(shí)可用儀用壓縮空氣吹掃。

（7）根據(jù)環(huán)境濕度和發(fā)電機(jī)定子絕緣測(cè)量值情況，可在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變、勵(lì)磁變以及發(fā)電機(jī)出口封閉母線入孔處加裝烘燈，暖風(fēng)機(jī)或除濕器等，利用熱空氣除濕，提高發(fā)變組所屬設(shè)備絕緣。

結(jié)論

發(fā)電機(jī)為電廠三大主機(jī)之一，其重要性不言而喻，發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)定子絕緣值低，需根據(jù)檢修制造工藝、定冷水水質(zhì)、環(huán)境溫度、氫氣露點(diǎn)以及發(fā)變組所屬設(shè)備受潮情況進(jìn)行分析和排查解決，要充分開(kāi)展發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)督工作，建立發(fā)電機(jī)絕緣測(cè)量臺(tái)賬，掌握發(fā)電機(jī)絕緣變化和裂化趨勢(shì)，分析絕緣降低原因，及時(shí)采取措施并加以消除，保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定、安全運(yùn)行。