發(fā)電機定轉(zhuǎn)子絕緣低的原因分析及處理

黃曉輝，劉 洋，張佳潔

（國電南京電力試驗研究有限公司，江蘇 南京 210046）

0 引 言

探討發(fā)電廠裝機容量為3×350 MW的聯(lián)合氣體蒸汽機。該氣體蒸汽機從發(fā)電機到主變壓器的垂直線和高壓電廠的垂直線，都是以發(fā)電廠生產(chǎn)的封閉垂直分離線為基礎(chǔ)。由于廠區(qū)所在地址氣候具有著潮濕、炎熱、雨量大以及空氣濕度高等特點，出現(xiàn)了嚴(yán)重的電氣設(shè)備絕緣問題。在極端和潮濕的氣候條件下，發(fā)電機定轉(zhuǎn)子的絕緣程度較低，直接影響發(fā)電機的正常運作。

1 影響發(fā)電機定子及出線和轉(zhuǎn)子絕緣性能的原因

1.1 外部環(huán)境的影響

該廠位于沿海地區(qū)，多雨且潮濕，空氣濕度高達99%。極端潮濕的氣候條件，加上海岸邊空氣含鹽量高，對發(fā)電機的日常運行造成了嚴(yán)重影響。在發(fā)電機供電過程中，發(fā)電廠的發(fā)電機組大多是蒸汽混合循環(huán)裝置。該裝置的最大工作負(fù)荷可達400 MW，發(fā)電機和輸電線的溫度為60～80 ℃。因為發(fā)電機溫度低，且發(fā)電機所處地區(qū)空氣的濕度高，所以在夜間停電后很可能出現(xiàn)短時間的蒸汽冷凝，嚴(yán)重威脅發(fā)電機的絕緣性。此外，隨著空氣中的鹽量升高，如果同時出現(xiàn)大量蒸汽，那么蒸發(fā)的氣體將通過冷凝產(chǎn)生水，而水中的鹽分緩慢滲入到設(shè)備表面，將造成發(fā)電機的絕緣性大幅下降[1]。

1.2 設(shè)備本身的影響

電廠發(fā)電機組已投運近10年時間，由于條件限制，發(fā)電機組的修理周期一般較長。在檢修發(fā)電機組的過程中，通常需要對發(fā)電機組內(nèi)部的零件進行拆出和檢修。若發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)封閉母線絕緣子等現(xiàn)象，將會在一定程度上破壞設(shè)備的絕緣性。此外，由于設(shè)備直接被存放于廠房中，盡管變壓器等設(shè)備設(shè)置了防護罩或防護結(jié)構(gòu)，但廠房濕氣和含鹽量較高時，蒸汽會附著在變壓器等設(shè)備上，導(dǎo)致設(shè)備表面出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

1.3 機組振擺度超標(biāo)

對于發(fā)電機組來說，設(shè)備在運行過程中一旦出現(xiàn)一相不平衡現(xiàn)象，就會導(dǎo)致電磁力被動，此時設(shè)備的定子產(chǎn)生作用，使設(shè)備出現(xiàn)較大幅度的振動。這種情況下，電動機的連續(xù)轉(zhuǎn)動會使其他兩相電流增大。此外，轉(zhuǎn)子的間距精度也很重要，間距誤差較大，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受力不平衡，在機械設(shè)備運行過程中出現(xiàn)異常振動，十分不利于發(fā)電機的絕緣。

2 發(fā)電機定轉(zhuǎn)子絕緣測量方法

2.1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣測量方法

一方面，需要斷開AVR控制柜中控制變壓器的開關(guān)，斷開電壓和電流測量表計回路的熔斷器或開關(guān)，甩開勵磁系統(tǒng)，最大程度減少對系統(tǒng)測量結(jié)果的影響，確保其準(zhǔn)確性；另一方面，在對轉(zhuǎn)子的空轉(zhuǎn)進行動態(tài)測量時，需要斷開滅磁開關(guān)到碳刷架的母線或電纜，提起碳刷，更好地測量出不同轉(zhuǎn)速下的絕緣電阻或交流電阻。

2.2 定子繞組絕緣電阻測量

一般情況下，測量發(fā)電機定子繞組時有干式測量和濕式測量兩種測量方式。兩種測量方法都需要將匯水管接到搖表的G端，濕式測量必須使用水冷專用兆歐表，干式測量則使用普通的搖表。濕式測量前，相關(guān)人員必須要檢查水冷專用兆歐表的性能是否完好，檢驗合格后才能開始下一步的檢測。測量時，相關(guān)人員需要斷開與發(fā)電機定子繞組連接且接地的設(shè)備，然后使用水冷專用兆歐表的220 V交流電源接好。對運行狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進行比較，如果存在差異，那么設(shè)備存在問題，需要后續(xù)繼續(xù)跟蹤，便于及時發(fā)現(xiàn)問題。要關(guān)注發(fā)動機的各項參數(shù)屬性，一旦發(fā)現(xiàn)異常，需要及時采取措施。

3 提高發(fā)電機定轉(zhuǎn)子絕緣性能分析及改造方案

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)從發(fā)電機輸出系統(tǒng)中獲取電流，經(jīng)過流柜形成直流電后，再由勵磁母線送至發(fā)電機轉(zhuǎn)子的碳刷間。以下提出幾種提高發(fā)電機定轉(zhuǎn)子絕緣性的改造方案。

滑環(huán)架邊緣刷環(huán)氧膠水。勵磁系統(tǒng)的通量裝置應(yīng)放在溫度穩(wěn)定在24 ℃的小型空調(diào)發(fā)電機內(nèi)，以確保整個通量裝置的可靠運行。通常來講，整個通量單位的輸出是以共箱封閉母線的形式發(fā)至發(fā)電機轉(zhuǎn)子滑環(huán)架中。由于難以完全封住封閉母線滑環(huán)架，因此有可能在刺激艙內(nèi)的冷空氣后使蒸汽進入滑環(huán)架，所以在發(fā)電機轉(zhuǎn)子邊緣用環(huán)氧膠密封。

在滑動環(huán)座椅上安裝防爆燒烤燈，并將加熱器更換為控制熱流的自動風(fēng)扇。發(fā)電機滑動環(huán)放在主樓13 m的平臺上，溫度較低的濕潤空氣易通過兩側(cè)防爆門和風(fēng)輪風(fēng)道進入滑環(huán)小間。通常在啟動電機組前，操作員要提前對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行絕緣試驗。這些轉(zhuǎn)子在極端潮濕的環(huán)境下的隔熱程度較低，升高亮度之前需要臨時安裝燒烤燈，烘烤1 h后才會出現(xiàn)絕緣狀態(tài)[2]。

直流勵磁母線支架絕緣層涂PRTV能加強隔熱、增加濕度，并提高電機組的自我清潔性能。直流勵磁系統(tǒng)外殼上部的密封蓋板通常只有封閉功能，在外殼密封情況下密封性能較差，只能防止大件異物進入，無法有效隔離粉塵和潮濕空氣，因此需要用到弱磁鋼板。在很長一段時間內(nèi)，灰塵不可避免地會進入盒子，導(dǎo)致陶瓷絕緣層的表面會逐漸被污染。在極為濕潤的氣候下濕氣進入盒子，母線的線溫度下降。當(dāng)絕緣層表面溫度低于環(huán)境溫度時，周圍的濕氣被吸收產(chǎn)生凝露現(xiàn)象。絕緣層表面存在不溶于水的物質(zhì)和可在水中溶解的電離物質(zhì)。不溶于水的物質(zhì)吸收水并將其吸收到絕緣層的表面；可溶解于水的物質(zhì)具有一定的電導(dǎo)能力，電流通過絕緣層表面產(chǎn)生污閃，大大降低了母線的絕緣性[3]。

勵磁封母的勵磁小間和外界交界處，多加一塊環(huán)氧樹脂絕緣板用來隔離，同時需要用一個熱絕緣塞填充封閉空間，并在表面粉刷PRTV。勵磁小間中的冷空氣進入到直流勵磁母線箱，勵磁共箱母線穿過直流勵磁母線箱到外部環(huán)境，在外部形成冷熱氣流，從而出現(xiàn)大量的凝結(jié)露水。針對這一情況，可以使用環(huán)氧樹脂絕緣板填滿間隙形成密閉。環(huán)氧樹脂較硬，具有阻燃和吸收的特性。室內(nèi)外溫度存在一定差異會產(chǎn)生凝結(jié)露水，嚴(yán)重影響母線的功能。因此，需在環(huán)氧樹脂和熱墊填充物的表面涂上防污漆，防止在表面發(fā)生任何形式的化學(xué)反應(yīng)，從根本上防止出現(xiàn)凝露[4]。

在勵磁變壓器加裝電加熱器，增強除濕效果。電廠的勵磁變壓器通常在室外，無法有效控制環(huán)境溫度。夜間變壓器的內(nèi)部溫度會逐漸降低，特別是在極端濕度條件下。當(dāng)周圍溫度升高時，變壓器的核心比周圍溫度低，表面易出現(xiàn)凝露。變壓器在白天開始工作時，發(fā)電機的間歇性警報會影響其正常運轉(zhuǎn)。因此，在變壓器的三相繞組端安裝500 W的電熱裝置，保證電加熱器自帶風(fēng)扇，且風(fēng)向由下至上[5]。

4 定子絕緣提升和保持措施

在20 kV離相封母絕緣子上噴涂PRTV，定期檢查20 kV分相封母的加熱器，若發(fā)現(xiàn)異常，及時更換。定期更換20 kV分相封母微正壓的所有密封材料時，要求加熱設(shè)備在停機時投入運行。

微正壓裝置在封閉母線的安全操作中具有關(guān)鍵作用。通過微正壓裝置，可以防止外部的灰層和雜質(zhì)進入母線，從而降低絕緣子出現(xiàn)凝露的風(fēng)險，并防止設(shè)備表面出現(xiàn)閃爍和密封中氫氣積聚現(xiàn)象，確保設(shè)備能夠正常運行。在檢查和修理相位密封母線時，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)檢查密封桿是否存在泄漏，定期更換微壓裝置的所有密封材料，保證微型正壓裝置一直處于正常狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備運行時，密封加熱器和微型正壓裝置必須立即投入使用。

高壓設(shè)備在20 kV側(cè)使用，要求充滿PRTV的充水槽，同時安裝排水管和閥門，定期進行檢查。高壓工廠20 kV側(cè)，使用CT定期測試絕緣性。如果絕緣性能較低，則需要更換高壓設(shè)備。據(jù)了解可知，電廠#1高廠變高壓A側(cè)因絕緣性降低發(fā)生過放電現(xiàn)象，導(dǎo)致高壓設(shè)備發(fā)生運行事故。經(jīng)修復(fù)發(fā)現(xiàn)，#1高廠變高壓A側(cè)的兩個電流互感器嚴(yán)重潮濕，絕緣能力降低。此外，發(fā)現(xiàn)#1高廠變高壓A側(cè)絕緣子內(nèi)圈放電現(xiàn)象嚴(yán)重，主要由盤式絕緣子表面的冷凝現(xiàn)象和內(nèi)圈均衡彈簧接觸不良造成。因此，更換#1高廠變高壓A側(cè)三相的3個盤式絕緣子，在表面噴涂PRTV，并將彈簧固定在銅片內(nèi)。此外，#1高廠變高壓A側(cè)三相套管底部凹槽用PRTV填埋，并將#1高廠變高壓A側(cè)三相離相封母底部開孔，加裝排水管，防止積水。

如果停機時間達到3天及以上時，應(yīng)做好以下工作。首先，在機械設(shè)備實際應(yīng)用于工程前，仔細(xì)檢查發(fā)電機質(zhì)量，檢測其運行性能和狀態(tài)，嚴(yán)格保障安裝的規(guī)范性，同時做好潤滑工作，盡量減少磨損。其次，機械設(shè)備軸和發(fā)電機軸需盡量在同一條線上，合理設(shè)定聯(lián)軸器間的間隙。再次，當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)為冷備用時，要在發(fā)電機出線罩、中性點出線罩以及勵磁變高壓側(cè)額外設(shè)置臨時烤燈加熱，定期檢驗油浸式變壓器的油質(zhì)，保證油質(zhì)處于合格狀態(tài)。最后，發(fā)電機檢修后，還應(yīng)該檢查發(fā)電機是否出現(xiàn)軟連接，以及封閉母線到各個變壓器的銅質(zhì)軟連接接頭是否封閉。

5 結(jié) 論

通過分析不同氣候條件下的發(fā)電廠定轉(zhuǎn)子絕緣情況，改進發(fā)電機的定轉(zhuǎn)子配置，增強電纜設(shè)備的絕緣性。改造完成后，發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子絕緣規(guī)避了造成安全事故的風(fēng)險，避免了機組無法啟動及跳閘現(xiàn)象，為發(fā)電機組的安全運行提供了支撐，也提高了電廠的經(jīng)濟效益。