某火力發電機定子絕緣值降低的原因分析及處理方法

摘要：某火力發電廠發電機定子冷卻水匯流管屬于直接接地結構，在運轉過程中，經常出現發電機定子絕緣小于0.1 MΩ的問題，對機組啟動并網有著直接影響，為此研究了國產某型號發電機定子絕緣值降低的原因，找出了影響絕緣值的關鍵因素，結合實際情況，提出了相關的處理方法，保證了發電機的有效、安全運轉。

關鍵詞：火力發電機;定子絕緣值;影響因素;處理方法

0 引言

為了保障發電機組的正常運行，發電機必須具備良好的絕緣電阻，其中控制溫度是保障設備絕緣值穩定的關鍵因素之一。一般情況下，發電機在運行過程中，其定子和轉子在3 000 r/min的轉速下會承擔較大的負載，從而產生大量的熱量。我國大部分的大型發電機都是采取水-氫-氫冷卻方式，也叫作定子繞組水內冷或者定子鐵芯氫冷方式，通常簡稱為定冷水，定子冷卻水匯流管直接接地型發電機長時間未使用，或者使用后檢查維修時間較長，在通水之后，可能會造成定子繞組絕緣電阻的測量有較大難度。基于此，本文以某汽輪發電機組的定子絕緣值降低為例進行分析，找出關鍵的影響因素，進而制定出合理、有效的改善方法。

1 某火力發電機定子絕緣值降低的原因分析

某火力發電廠所使用的機組為東方電機股份有限公司提供的汽輪發電機組，其額定電壓為20 kV，內部構件較為復雜，定子繞組是由深入到鐵芯槽內的具有絕緣性質的條狀線棒組成，其頂端部分為籃式結構，通過連接線將各個部分串聯，形成符合規定的相帶繞組。一般情況下，都會采用少膠VPI作為繞組絕緣，其絕緣等級屬于F。具有絕緣性質的實心股線和空心股線相互交織編排，進而形成定子線棒，如圖1所示。空心股線中的水介質是實現管冷卻的關鍵，定子線棒中的水介質由一側的匯流管和絕緣引水管進入，隨后通過線棒端頭的接頭流進線圈，對線圈進行冷卻后，水介質再從絕緣引水管和匯流管進入到外部水系統。

發電機絕緣測量示意圖如圖2所示，觀察定子絕緣結構和發電機絕緣電阻測量結構，所測試的發電機屬于直接接地結構，在通水之后會對實際的測量工作造成一定困難。我國大部分用于測量水冷繞組的絕緣電阻都用水搖表測量，但是該方式只適用于不直接接地結構的定子水路，而本文所研究的定子水匯流管屬于直接接地系統，無法用普通的搖表測量，并且絕緣值受到定子冷卻水水質情況的影響較大[1]。

2 發電機定子絕緣值的影響因素

當發電機投入使用后，可以發現系統在通水之后，對于定子絕緣值的測量數據并沒有滿足機組的啟動標準，當定冷水酸堿度在7～9，電子絕緣值小于0.1 MΩ時，絕緣值不一定滿足相關要求。

（1）定冷水電導率對定子絕緣值的影響。因為定冷水電導率會對銅導線有一定的腐蝕作用，當電導率在一定范圍時，其腐蝕速度會逐漸平穩，且電導率升降都會對腐蝕速度造成影響。水介質中的導電離子越多，整體的電阻越小，正負電極發生反應的阻力也越小，進而加快腐蝕速度[2]。具體表現為導電率增高，使得水介質的整體絕緣性能降低，并且該系統屬于直接接地系統，會產生一定的電流損失。（2）分析酸堿數值，發現pH值在7～10時，銅表面會形成一層致密的氧化銅保護膜，可以防止進一步氧化，pH值對于銅的腐蝕起到了十分重要的作用。當pH值小于6.8時，整體水質會呈現弱酸性，銅處于腐蝕區，其表面難以形成穩定的保護層，使得腐蝕加劇。銅腐蝕讓內冷水中的銅離子增多，也讓電流泄漏量明顯增多，使發電機機組的絕緣性能降低。

3 某火力發電機定子絕緣值降低的處理方法

3.1? ? 提升定冷水水質

首先，在發電機機組啟動前，需要對其定冷水系統進行多次沖洗，扭轉水流導向，并對定子線棒進行檢查沖洗，徹底清除內部的污垢和雜質，進而保障水質檢測合格。逐漸加入定冷水加熱器，將溫度調節到50 ℃，沖洗時間可為4 h，能夠驅除定子線棒內的潮氣，防止露點的形成，進而保障定子回路絕緣值檢測合格。其次，利用添加NaOH的方式來提高酸堿度，但是反應效果并不顯著，可能添加的NaOH用量無法有效把控，且無法將融合液體混合均勻，反而會增加銅的氧化速度。在現有基礎上將除鹽水補水更替為凝結水，不但可以保障補水的水質，使其滿足使用要求，還可以對水介質中的pH值進行調節，將定冷水的pH值控制在8～8.9，有效避免銅氧化的情況。最后，通過微堿離子置換樹脂的方式，對定冷水進行處理，按照1：2：1比例嚴格調配鈉型陽樹脂、氫型陽樹脂和氫氧型陰樹脂的添加量，從而讓定冷水內存在一定量的氫氧化鈉，使水質的pH值提高，在測量發電機定子回路絕緣值前，加入定冷水系統離子交換器，在30 ℃下對定冷水的水質進行調節，能夠起到非常良好的改善作用，將其電導率控制在0.75 μS/cm以下，不但可以降低水質中銅離子的含量，還可以確保測量工作不受影響。

3.2? ? 控制發電機內氫氣品質

在進行發電機回路絕緣值測量工作之前，需要置換發電機內的氫氣，將內部的氫氣壓力數值控制在0.45 MPa左右，結合相關測量儀器，如果氫氣純度≥98%，可以啟動發電機內部氫氣循環風機系統，逐步加入氫氣干燥設備，將發電機內部氫氣露點控制在-25 ℃左右，通過這種方式能夠讓發電機內部氫氣得以循環干燥，進而實現干燥其內部鐵芯的目的。

3.3? ? 提高發變組所屬設備絕緣性能

（1）發電機停止運轉后，需要立刻停止氫氣冷卻器的運轉，并關閉其進出口手動閥門，防止氫氣循環使得內部定子線棒以及轉子繞組等受到潮氣影響，形成露點。（2）發電機停止運轉后，母線封閉且并沒有檢修時，需要保障其微正壓裝置正常運作，將其壓力控制在0.4～1.6 kPa，投入干燥設備，用其出口封閉母線，強化日常的設備檢查工作，如果發現漏氣問題，應該立即與維修人員進行聯系，防止損失加大。（3）在發電機機組啟動前，可以通過壓縮空氣的方式連接封閉母線，對一些瓷瓶部分進行吹掃，清除內部的雜質和污垢，保障其干凈、干燥。（4）結合實際的定子回路絕緣值測量數據以及電廠周邊的環境濕度因素，可以在發電機勵磁變、中性點接地變以及封閉母線進出口等位置加設暖風機、除濕器以及烘燈等裝置，利用熱空氣提高內部溫度，實現設備干燥的目的，進而提高發變組所屬設備的絕緣性能。

4 結語

發電機組在啟動之前，如果其定子回路絕緣值偏低，可以對發電廠周邊環境濕度、檢修工藝、氫氣露點以及定冷水水質情況等進行深度分析排查，發現問題及時上報處理，避免損失進一步擴大。另外，強化發電機絕緣監督工作，構建測量臺賬，掌握發電機裂化趨勢和絕緣變化情況，查找影響因素，從而制定有效的管控措施，可以保證發電機的有效、安全運轉。

[參考文獻]

[1] 張玉祥，鄢宜軍，羅義，等.沙灣水電站4號機組定子絕緣性能降低原因分析與處理[J].水電與新能源，2015（8）：68-70.

[2] 卜繁薇，杜俊生.定子回路絕緣電阻偏低原因分析與處理[J].山東電力技術，2017（4）：71-73.

收稿日期：2020-06-02

作者簡介：劉永博（1985—），男，甘肅會寧人，工程師，研究方向：電氣自動化。