發(fā)電機具有良好的絕緣電阻是安全運行的關鍵，溫度是影響設備絕緣的重要因素之一，發(fā)電機的定子和轉子在3000r/min轉速下帶載運行會產(chǎn)生大量的熱量，而國內大型發(fā)電機大多采用水-氫-氫冷卻方式，即定子繞組水內冷，轉子繞組氫內冷，定子鐵心氫冷的方式。

對于定子冷卻水（以下簡稱定冷水）匯流管直接接地型發(fā)電機，因發(fā)電機檢修后或停機時間較長時，在通水后測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)電機組定子絕緣問題進行分析和處理。

1 發(fā)電機定子絕緣低的原因分析

某電廠1050MW機組使用的是東方電機股份有限責任公司生產(chǎn)的QFSN-1050-2-27型汽輪發(fā)電機組，額定電壓27kV，定子繞組由嵌入鐵心槽內的絕緣條形線棒組成，繞組端部為籃式結構，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F級。

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

從發(fā)電機絕緣電阻測量及定子絕緣結構（如圖2所示）方面來講，被試發(fā)電機的定子出水匯流管直接接地，給通水后測量定子繞組絕緣電阻帶來困難，國內測量水冷繞組的絕緣電阻一般采用專用水搖表測量，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)用普通搖表測量，絕緣電阻受定冷水水質影響較大。

結合發(fā)電機絕緣電阻測量方法及定子絕緣進行分析認定絕緣情況會受到定冷水水質、氫氣露點、環(huán)境溫濕度以及發(fā)變組所屬設備的影響。

圖1 發(fā)電機線棒結構圖

圖2 發(fā)電機絕緣測量示意圖

1.1 發(fā)電機定冷水水質對定子絕緣的影響

1050MW發(fā)電機組自投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)在定冷水系統(tǒng)通水條件下測量定子絕緣值不滿足起動要求，當定冷水pH值超過7～9范圍或電導率＞0.75μS/cm，絕緣值＜0.1MΩ時（根據(jù)東方電機股份有限公司說明書要求，1050MW機組發(fā)電機定子絕緣值在通定冷水后測量，其絕緣值不小于0.1MΩ），絕緣不合格，發(fā)電機定子絕緣值測試結果見表1。

表1 發(fā)電機定子絕緣值測試結果

1）定冷水電導率對定子絕緣的影響分析

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

電導率對定冷水系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在電流泄漏損失，因為電導率高，水的絕緣性變差，定冷水系統(tǒng)的外管道和設備外殼是接地的，電導率造成電流損失。電導率越大，定子電壓越高，發(fā)電機運行損耗越大。

圖3 水電導率與銅腐蝕速度關系曲線

2）定冷水pH值對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℃時銅穩(wěn)定的pH值區(qū)間在7～10之間，這一區(qū)間內銅表面生成致密完整的氧化銅保護膜，阻止了銅基體的進一步腐蝕。對于內冷水系統(tǒng)pH值按GB/T 12145—2016標準一般控制在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pH值低于6.8時，水質呈弱酸性，此時銅處于腐蝕區(qū)，表面很難形成穩(wěn)定的保護膜，銅的腐蝕急劇增加。銅腐蝕會引起內冷水中銅離子增加，從而導致發(fā)電機泄漏電流的增加，發(fā)電機絕緣降低。

1.2 發(fā)電機內氫氣露點對發(fā)電機定子絕緣的影響

定子線棒對地的絕緣與制造質量以及機內氫氣的露點有關，氫氣露點高導致發(fā)電機內受潮凝露，直接影響發(fā)電機定子絕緣測量值。

圖4 pH與銅腐蝕速度關系曲線

1.3 發(fā)變組所屬設備對發(fā)電機定子絕緣的影響

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

圖5 發(fā)變組一次回路圖

2 發(fā)電機定子絕緣低預防及處理方法

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

（1）在機組起動前，發(fā)電機定冷水系統(tǒng)進行反沖洗，通過改變水流方向，對定子線棒進行反沖洗，將發(fā)電機線棒內積存的雜質和污垢沖洗掉，確保定冷水水質合格。逐步投入定冷水加熱器，將定冷水溫提升至50℃進行定冷水系統(tǒng)反洗，反洗時間4h，可以驅趕機內線棒間的潮氣，避免發(fā)電機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）的方法來提高pH值，效果不明顯，由于加入的NaOH的量難于掌握，同時加入的藥難以混合均勻，會加速定子線棒的銅腐蝕。根據(jù)機組現(xiàn)有條件將定子水補水由除鹽水補水改為凝結水（精處理混床出口母管（加藥前）和8號低加入口（加藥后））水源進行補水，既可保證補水水質，又能調節(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脂處理定冷水，使用鈉型陽樹脂、氫型陽樹脂以及氫氧型陰樹脂按照1:2:1比例進行填裝[10]，使定冷水含有微量NaOH，提高pH值，在發(fā)電機定子測絕緣前，投入定冷水系統(tǒng)離子交換器，使30%定冷水旁路處理調節(jié)定冷水水質，有效改善定冷水水質，控制定冷水電導率在0.75μS/cm以下，減少定冷水中銅離子含量，保證發(fā)電機定子回路絕緣測量不受水質影響。

2）控制發(fā)電機內氫氣品質合格

在發(fā)變組絕緣測量前，進行發(fā)電機氫氣置換，發(fā)電機機內氫氣壓力控制在0.45MPa，氫氣純度≥98%，開起發(fā)電機氫氣系統(tǒng)循環(huán)風機，投入氫氣干燥裝置，發(fā)電機內部氫氣露點控制在 25℃，以使發(fā)電機內氫氣進行巡回干燥，從而得到干燥發(fā)電機內部鐵心的目的。

3）合理的操作和調整，提高發(fā)變組所屬設備絕緣

（1）發(fā)電機停運后，應立即停運氫氣冷卻器，關閉氫氣冷卻器進出口手動門，避免發(fā)電機定子鐵心、轉子繞組絕緣受潮凝露。

（2）發(fā)變組停運后，發(fā)電機封閉母線無檢修工作時，應保持封閉母線微正壓裝置運行，壓力控制在0.3～1.5kPa之間，以干燥發(fā)電機出口封閉母線，并加強檢查封閉母線密封情況，發(fā)現(xiàn)漏氣及時聯(lián)系修復。

（3）發(fā)變組停運后，高廠變高壓側共箱母線無檢修工作采用熱風循環(huán)裝置自動干燥運行，控制溫度35℃，濕度≤50%。

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

（5）在機組起動前，盡早起動汽輪發(fā)電機盤車裝置，加快空氣流通，把潮濕的空氣置換出來。

（6）在機組起動前，提前開起勵磁變冷卻風扇，利用空氣對流把勵磁變繞組內潮濕的空氣置換掉，必要時可用儀用壓縮空氣吹掃。

（7）根據(jù)環(huán)境濕度和發(fā)電機定子絕緣測量值情況，可在發(fā)電機中性點接地變、勵磁變以及發(fā)電機出口封閉母線入孔處加裝烘燈，暖風機或除濕器等，利用熱空氣除濕，提高發(fā)變組所屬設備絕緣。

結論

發(fā)電機為電廠三大主機之一，其重要性不言而喻，發(fā)電機起動時定子絕緣值低，需根據(jù)檢修制造工藝、定冷水水質、環(huán)境溫度、氫氣露點以及發(fā)變組所屬設備受潮情況進行分析和排查解決，要充分開展發(fā)電機絕緣監(jiān)督工作，建立發(fā)電機絕緣測量臺賬，掌握發(fā)電機絕緣變化和裂化趨勢，分析絕緣降低原因，及時采取措施并加以消除，保證發(fā)電機穩(wěn)定、安全運行。