發電機定轉子絕緣低的原因分析及處理

張彬彬，劉錫海

（深圳能源集團股份有限公司東部電廠，廣東深圳 518120）

某電廠裝機容量為3×350 MW燃氣蒸汽聯合循環發電機組。發電機至主變、高廠變高壓側母線采用某電力設備廠生產的離相式封閉母線，發電機勵磁回路、高廠變低壓側至廠用電工作段母線采用共箱封閉母線。廠址所處地帶氣候濕熱，雨水較多，空氣濕度大，回南天嚴重，電氣設備的絕緣問題較為突出。尤其在極端潮濕天氣下，發電機定子及出線和轉子絕緣低，造成機組無法啟動。

1 影響發電機定子及出線和轉子絕緣性能的原因

1.1 外部環境的影響

電廠廠址位于海邊，天氣屬于熱帶氣候，多雨，空氣濕度大，晝夜溫差變化明顯。尤其在極端潮濕天氣下，空氣濕度可高達99%，再加上海邊空氣中鹽分含量較高，這對保持發電機各處絕緣性能存在巨大挑戰。

電廠發電機組為燃氣蒸汽聯合循環發電機組，為調峰機組，白天高峰期單機負荷可達400MW，高峰運行時，發電機定子及出線、轉子、勵磁母線、封閉母線等溫度在60～80℃之間。而夜間停機后，發電機各部溫度會在很短時間內降至環境溫度，此時環境溫度低且空氣濕度大，極易形成凝露，這種現象對發電機絕緣性能構成嚴重的威脅[1]。此外，由于空氣中鹽分較大，當凝露蒸發后，會析出鹽分附著在設備表面上，極大降低設備的絕緣性能。

1.2 設備本身的影響

電廠發電機組已投運近10年時間，發電機各部密封件等開始出現老化現象，再加上每臺機組檢修周期為1年，每次檢修一般都會拆出密封件進行檢查，比如發電機出線封閉母線絕緣子、發電機定轉子等，在一定程度上會破壞設備本身的絕緣性能。

另外，部分設備直接放置在廠房空間上運行，比如勵磁變壓器及勵磁母線等，雖然有安全防護外殼或者橋架，但遇到潮濕天氣，帶有鹽分的濕潤空氣仍然會附著設備表面，待夜晚停機時，發生凝露現象。

2 提高發電機定轉子絕緣性能分析及改造方案

2.1 轉子絕緣提升和保持措施

發電機勵磁系統是從發電機出口取交流電，通過勵磁變壓器降壓后，送入勵磁小間，經過整流柜整流成為直流后由勵磁母線送至發電機轉子碳刷間。

（1）滑環架邊緣刷環氧膠水。勵磁系統整流裝置置于發電機勵磁小間，為保證整流裝置可靠運行，勵磁小間內設有空調，溫度設置為恒定24℃。整流裝置出口為直流勵磁母線，勵磁母線以共箱封閉母線形式至發電機轉子正負極滑環架。由于共箱母線橋架難以完全密封，勵磁小間內的冷空氣容易竄進共箱母線橋架內，并可能流動至發電機轉子滑環碳刷架處，而滑環架處溫度較高，冷熱氣流相遇易產生凝露。故冷熱空氣應可靠隔離，將發電機轉子滑環架邊緣刷上環氧膠水進行密封隔離。

（2）在滑環小間加裝防爆烤燈，加熱器改用自帶風扇控制熱流；并要求停機時，這些加熱設備一定要投入運行。

發電機滑環小間位于主廠房13 m平臺，夜晚機組停機后，若遇上極端潮濕的天氣，滑環小間溫度較高，溫度較低的濕潤空氣易通過兩側防爆門及風輪風道進入滑環小間，降低發電機轉子絕緣。通常在清晨機組啟動前，運行人員會對發電機轉子進行絕緣測試，遇到極端潮濕的天氣時，發電機轉子絕緣往往很低，此時需要臨時加裝烤燈，烘烤1 h后絕緣才會慢慢提高，這無疑嚴重影響了機組的正常啟動。

在滑環小間兩側加裝1 000 W固定式的防爆烤燈，風輪風道的三處加熱器改用自帶風扇的500 W的加熱器，停機時，加強風道周圍熱空氣流動，加熱流入風道內的氣體。要求在機組停機時，這些加熱設備一定要投入運行，以保證發電機轉子滑環處的絕緣性能。

（3）直流勵磁母線所有的支撐絕緣子刷PRTV，加強絕緣和增水性、憎水遷移、自潔性。

通常直流勵磁系統采用共箱母線的形式，電廠共箱母線外殼采用弱磁鋼板，外殼上部密封蓋板通常只有普通的封閉功能，蓋板與外殼沒有配置密封膠墊，密封性能不好，只能防止較大的異物進入，而對于粉塵和潮濕的空氣則不能有效隔離。

因此，時間一久，難免有粉塵進入箱內，電瓷支撐絕緣子表面逐漸積污。當遇到例如回南天等極端潮濕的天氣時，空氣濕度達到90%以上，潮濕的空氣就會進入箱內。對于調峰機組，夜晚停機，勵磁系統退出運行，勵磁母線停運，母線溫度下降，支撐絕緣子因輻射冷卻，當絕緣子表面溫度低于環境溫度時，則會吸附周圍的潮濕空氣，產生結露現象。附著在絕緣子表面的污穢，存在不溶于水的物質和可溶于水的可離子化物質。不溶于水的物質有吸附水分的作用，使水膜貫通整個絕緣子表面，而溶于水的可離化物質讓這層水膜具有了一定的導電率。當母線投入運行時，就有泄漏電流從絕緣子表面流過，從而產生污閃，導致母線絕緣大幅度降低[2]。

由此可見，要提高直流勵磁母線絕緣性能的最根本最有效的辦法是要保證絕緣子表面的干燥和清潔，或者加強母線導體與絕緣子間的絕緣性能。如果從共箱母線外殼上進行改造，保證箱內絕對的封閉是非常困難的，耗用的資金量和工程量都非常大[3]。所以考慮從支撐絕緣子上做一些技改措施，改善絕緣子受污受潮條件，切斷結露導電水膜是防止母線絕緣下降的有效方法。

PRTV用于電力設備外絕緣，是就地成型并具有持久性的防污閃復合涂料，其憎水性和憎水的遷移性是提高污閃電壓等級的關鍵。涂料涂敷在電瓷表面，固化后形成一層膠膜。該膠膜在潔凈條件下有優良的憎水性，當膠膜表層被污穢覆蓋后，膠膜內的小分子憎水基團能很快地竄過污穢層，遷移到污穢層表面，使其也具有優異的憎水性。所以在極端潮濕的天氣下，污穢層表面很難濕潤，即使長時間使污層濕潤后，污層表面也不會形成水流和水膜，而是以眾多不連續的小水珠而獨立存在，從而大大地扼制了泄露電流的產生，顯著地提高了絕緣子的污閃電壓[4]。

PRTV防污閃材料具有獨特的化學組成及結構，達到并超過熱硫化硅橡膠的物理電氣性能，更優異的憎水遷移性等綜合性能，以及20年的設計使用壽命為電瓷設備持久性反污提供了一種新的技術措施。

綜上所述，將直流勵磁母線所有支撐絕緣子表面涂刷長效防污閃涂料PRTV，加強支撐絕緣子的憎水性、憎水遷移性和自潔性[5]。該方法是提高勵磁母線絕緣性能較可靠和經濟的措施。

（4）勵磁封母的勵磁小間和外界交界處多加一塊環氧樹脂絕緣板隔離，加墊絕緣熱縮墊填充間隙密閉，并在其表面涂刷PRTV。

由于勵磁小間內空調的冷空氣容易竄進直流勵磁母線箱內，勵磁共箱母線穿過勵磁小間進入外部環境，此墻面交界處的封母內會產生冷熱氣流交換，易出現大量凝露水。因此，在此處加裝一塊環氧樹脂絕緣板隔離，加墊絕緣熱縮墊填充間隙密閉，做到可靠隔離[6]。

環氧樹脂板材質堅硬，具有不阻燃、易吸濕的特點。隔板加裝在箱內墻面的交界處，由于室內外存在一定的溫差，也會在隔板表面凝聚大量的結露水。這種結露嚴重影響著母線的運行。所以，要求在環氧樹脂板及熱縮墊填充部位表面涂刷長效防污閃涂料PRTV。

（5）勵磁變壓器加裝電加熱器，增強除濕效果。電廠勵磁變壓器位于室外，不能有效控制環境溫度，因此在機組夜晚停運后，勵磁變壓器退出運行，變壓器本體溫度降低，尤其在極端潮濕天氣下，變壓器繞組及鐵芯溫度低于周圍溫度，其表面易產生結露。在機組白天啟動時，往往會引起發電機轉子一點接地報警，影響機組正常啟動。因此，在變壓器三相繞組底部兩側各加裝一個500 W的電加熱器，電加熱器自帶風扇，風向由下至上。

2.2 定子絕緣提升和保持措施

（1）20 kV離相封母絕緣子全部噴涂PRTV；20 kV分相封母的加熱器定期檢查，若發現異常，及時更換；20 kV分相封母微正壓的所有密封材料定期更換；并要求停機時，這些加熱設備一定要投入運行。

離相封母已經運行數十年時間，為加強封母絕緣子的絕緣性能，將20 kV離相封母的絕緣子表面全部噴涂長效防污閃涂料PRTV。并要求定期檢查封母加熱器運行狀態，若發現異常，應及時更換。

微正壓裝置工作情況對封閉母線的安全運行起到極為關鍵的作用，可以防止外界的灰層、雜質侵入母線，減少絕緣子凝露的危險，避免閃烙，防止封母內氫氣堆積[7]。電廠三臺機組離相封母微正壓裝置運行正常，在離相封母進行檢修時，都會對封母進行仔細地檢漏、補漏工作，并定期更換微正壓裝置所有的密封材料，保證微正壓裝置正常運行。

在機組停機時，要求封母加熱器及微正壓裝置必須投入運行。

（2）高壓廠用變20 kV側積水凹槽用PRTV填滿，并加裝排水管和閥門，定期打開檢查；高壓廠用變20 kV側CT定期測試絕緣，若過低，則更換。

電廠#1高廠變高壓側A相發生過絕緣降低放電，導致高廠變退出運行的事故，檢修發現高廠變高壓側A相兩個電流互感器CT受潮嚴重，絕緣電阻降低導致；拆開高廠變高壓側A相盤式絕緣子發現，其內圈放電嚴重，主要原因是盤式絕緣子表面凝露和內圈均壓彈簧接觸不好所致。

將#1高廠變高壓側三相三個盤式絕緣子全部更換而且表面噴涂PRTV[8]，把內圈均壓彈簧改造為固定式的接觸銅片，#1高廠變高壓側三相套管底部凹槽用PRTV填埋，并將#1高廠變高壓側三相離相封母底部開孔加裝排水管，防止積水。

（3）在停機時間3天及以上要開票在發電機出線罩和中性點出線罩、勵磁變高壓側處加臨時烤燈加熱。

發電機出線罩和中性點出線罩、勵磁變高壓側，這幾個部位由于考慮發電機漏氫安全、運行散熱等的設計要求，沒有安裝微正壓和固定的加熱器，因此在停機時間3天及以上要開票加臨時照燈加熱。

3 總結

極端潮濕天氣下，某廠發電機定轉子絕緣提高和保持的技改項目，從2014年6月開始實施到2016年5月電廠#1、#2、#3臺機組的技術改造完成。機組經過采用多項措施提高發電機轉子、定子及出線設備的絕緣性能后，安全性得到極大提高。在機端潮濕天氣下，轉子絕緣由原來的200 kΩ以下上升到2 MΩ以上，定子及出線絕緣由原來的10 MΩ以下上升到30 MΩ以上。改造完成后，沒有出現一起由于發電機定轉子絕緣低的問題引起機組無法啟動或者保護跳機的安全事故，為電廠安全運行及經濟收益提供堅實的基礎。