发电机定子冷却油总烃偏高的原因分析

郭光武

(大唐洛阳热电厂，河南 洛阳 471039)

1 问题的提出

TBM－160－2型汽轮发电机系俄罗斯新西伯利亚电力股份公司制造，定子绕组为纸绝缘，采用黏度低、导热性能高、绝缘性能好的变压器油直接冷却，转子绕组采用蒸馏水直接冷却，发电机定子铁芯也采用变压器油直接冷却，简称“油水油”冷却方式。发电机定子和转子是完全分开的2个独立系统，彼此互不干扰。发电机主要运行参数是:有功功率，160 MW;定子电压，18kV;定子电流，6030 A;功率因数，0.85;转子电压，170V;转子电流，3700A;效率，98.7%。油冷发电机结构复杂，定子绕组绝缘薄弱，较易击穿。

大唐洛阳热电厂#1，#2发电机(TBM－160－2型)分别于1999年5月和9月投运，投运初期，发电机定子冷却油总烃及乙炔含量处于较低水平。2002年9月后，冷却油总烃上升很快，2003年4月8日，#2发电机冷却油总烃最高达到1032.07 μL/L，乙炔23.15 μL/L，#1，#2发电机定子油色谱分析数据见表1和表2。

2 总烃偏高的原因分析

由于TBM－160－2型发电机结构特殊，没有同类型机组的经验可供借鉴，只能通过试验、解体检查发现问题。采用排除法把问题简化，找出总烃偏高的原因。

(1)油流带电。在强迫油循环的大型变压器中，由于变压器油流过绝缘纸的表面时会发生油流带静电现象(以下简称油流带电)，油流带电引发的静电放电是威胁大型变压器安全运行的重要因素之一。鉴于以上理论，#1，#2发电机定子绕组为油纸绝缘，亦称强迫油循环，故可能存在油流带电现象。

表1 #1发电机定子油色谱分析数据 μL/L

表2 #2发电机定子油色谱分析数据 μL/L

1)测量局部放电超声波信号和局部放电量。发电机因油流带电而引起放电，可同时产生局部放电信号和超声信号，检测这些信号，可确定发电机是否存在油流带电及故障的严重程度。具体方法是在发电机停运状态下，开启定子油冷泵，用局部放电超声仪检测局部放电信号，因发电机已停运，所以，仪器能捕捉到的放电超声信号，就是发电机油流带电放电产生的信号，测得的放电量越大，说明故障程度越严重，放电量在10000 C以上，表明发电机存在油流放电现象。

2)测量定子绕组静电感应电压。由于电容的作用，发电机存在油流带电，在定子绕组会产生感应电压，调节定子油冷泵出口门，在不同流量下，测量定子绕组感应电压的大小。

3)测量介质损耗因数tan δ。引起发电机油流带电的主要原因与变压器油在高温下的介质损耗因数tanδ有关，好的变压器油90℃的tan δ在0.5%以下。

4)利用停机机会，使定子油冷系统按实际流量进行循环，比较总烃、乙炔前后的变化情况。

(2)油系统内油冷泵及供油泵故障。笔者怀疑定子油冷泵转速太高，2000年国家电力公司下发的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》文件中对变压器潜油泵转速标准规定为1 000 r/min。冷油泵为132 kW潜油泵，利用停机机会，定子油冷系统可按实际流量进行循环，比较总烃和乙炔前后的变化情况。

(3)由于强电场、高流速、高温油造成绝缘油分解加速。

(4)发电机定子解体检查。检查方法:

1)利用发电机大修的机会，打开发电机汽、励两侧大端盖，检查定子绕组端部接头、引线、出线套管连接处是否接触良好，是否有过热现象。

2)检查定子铁芯情况。

3 总烃偏高原因的查找

3.1 油流带电

利用停机机会，对定子油冷系统按实际流量进行循环8 h，总烃、乙炔的变化不大。从理论上分析，发电机额定电压18 kV，场强偏低，变压器电压等级越高，场强也越高，因此，不能完全套用变压器标准。

3.2 油系统内油冷泵及供油泵故障

发电机额定电压18 kV，场强偏低，不至于形成油流带电。冷油泵运行中无过热，利用停机机会，对定子油冷系统按实际流量进行循环8 h，总烃、乙炔的含量变化不大。

3.3 由于强电场、高流速、高温油造成的绝缘油分解加速

以往在发电机直流耐压试验中，在油温较高的情况下，发现发电机泄漏电流较大，说明在实际运行工况下发电机油的分解速度应比变压器油的分解速度快。总烃含量中部分成分的增长有可能来源于此，但不应是发电机总烃超标的主要原因。

3.4 发电机定子解体检查

在#1，#2机组大修中，分别对发电机定子绕组、定子铁芯进行了检查。2005年9月，在对#1发电机检查过程中，采用了发电机定子涡流加绕组直流的方法，加热后用红外热成像方法检查铁芯、绕组及端部接头、引线和出线套管连接处无明显过热点，未发现问题。2006年6月，在对#2发电机大修中，发现#2发电机励侧端部铁芯定位肋处有4个铁芯夹件螺栓与铁块间有黑色焦痕(如图1所示)、汽侧冷却油进油管处有明显放电痕迹(如图2所示)。

4 过热点处理

(1)将#2发电机励侧端部铁芯定位肋与定子铁芯烧结点锯开，两者之间用环氧绝缘板隔开。

(2)将#2发电机汽侧冷却油进油管法兰固定的孔用环氧绝缘套管和环氧绝缘垫固定，如图3所示。

图3 汽侧冷却油进油管处(处理后)

(3)将过热点进行处理后投入运行仅1个月，总烃含量继续增加。

(4)目前，#1，#2发电机采用脱气方法控制总烃含量上升。分析其主要原因，一是这2处故障点处理的不彻底，二是还有新的故障点未查出。

5 控制措施

(1)继续对#1，#2发电机绝缘油进行定期循环脱气，虽然发电机脱气给计算总烃含量尤其是乙炔含量增长速率带来了一定困难，但发电机内部局部放电一般先发生在固体或油内的小气泡中，而放电过程又使油分解产生气体并被油部分吸收，如产气速率高，气泡将扩大、增多，使放电增强，同时放电产生的X－蜡沉积在固体绝缘上使散热困难、放电增强、出现过热，促使固体绝缘加速损坏。在目前未找到故障解决办法的情况下，应定期对机组进行脱气，运行中定子油总烃量应控制在600 μL/L以下，避免运行中定子绕组击穿。

(2)利用#1，#2机组大、小修机会，将定子冷却油总烃滤至20 μL/L以下。

(3)利用#1，#2组大修机会，定子继续解体检查。

(4)继续收集资料，发电厂应与电力科学试验研究院、电机制造厂的专家一起研究，针对发电机定子铁芯接地方式，磁回路故障、铁芯松动、铁芯多点接地、悬浮电位等故障产生可能进行讨论，探讨故障产生原因、试验手段等问题，以便今后有针对性地开展检查工作。

(5)加强化学色谱取样工作，试验报告应详细、准确，要进行气体增长速率计算，定期对定子油进行耐压及介损试验。

6 结论

(1)定子铁芯端部漏磁形成涡流致使定位肋与定子铁芯压环烧结及汽侧冷却油进油管固定法兰处烧结是造成发电机定子油总烃含量偏高的主要原因之一。

(2)目前，控制#1，#2发电机运行中定子油总烃含量是保证定子绕组绝缘的有效措施。

(3)继续对定子油总烃含量跟踪分析，借助电力科学试验研究院、电机制造厂专家的技术优势，进一步开展研究，尽快找出故障原因，以彻底解决定子油总烃含量偏高的问题。

［1］GB 50150—1991，电气装置安装工程电气设备交接试验标准［S］.