某火力发电机定子绝缘值降低的原因分析及处理方法

摘要：某火力发电厂发电机定子冷却水汇流管属于直接接地结构，在运转过程中，经常出现发电机定子绝缘小于0.1 MΩ的问题，对机组启动并网有着直接影响，为此研究了国产某型号发电机定子绝缘值降低的原因，找出了影响绝缘值的关键因素，结合实际情况，提出了相关的处理方法，保证了发电机的有效、安全运转。

关键词：火力发电机;定子绝缘值;影响因素;处理方法

0 引言

为了保障发电机组的正常运行，发电机必须具备良好的绝缘电阻，其中控制温度是保障设备绝缘值稳定的关键因素之一。一般情况下，发电机在运行过程中，其定子和转子在3 000 r/min的转速下会承担较大的负载，从而产生大量的热量。我国大部分的大型发电机都是采取水-氢-氢冷却方式，也叫作定子绕组水内冷或者定子铁芯氢冷方式，通常简称为定冷水，定子冷却水汇流管直接接地型发电机长时间未使用，或者使用后检查维修时间较长，在通水之后，可能会造成定子绕组绝缘电阻的测量有较大难度。基于此，本文以某汽轮发电机组的定子绝缘值降低为例进行分析，找出关键的影响因素，进而制定出合理、有效的改善方法。

1 某火力发电机定子绝缘值降低的原因分析

某火力发电厂所使用的机组为东方电机股份有限公司提供的汽轮发电机组，其额定电压为20 kV，内部构件较为复杂，定子绕组是由深入到铁芯槽内的具有绝缘性质的条状线棒组成，其顶端部分为篮式结构，通过连接线将各个部分串联，形成符合规定的相带绕组。一般情况下，都会采用少胶VPI作为绕组绝缘，其绝缘等级属于F。具有绝缘性质的实心股线和空心股线相互交织编排，进而形成定子线棒，如图1所示。空心股线中的水介质是实现管冷却的关键，定子线棒中的水介质由一侧的汇流管和绝缘引水管进入，随后通过线棒端头的接头流进线圈，对线圈进行冷却后，水介质再从绝缘引水管和汇流管进入到外部水系统。

发电机绝缘测量示意图如图2所示，观察定子绝缘结构和发电机绝缘电阻测量结构，所测试的发电机属于直接接地结构，在通水之后会对实际的测量工作造成一定困难。我国大部分用于测量水冷绕组的绝缘电阻都用水摇表测量，但是该方式只适用于不直接接地结构的定子水路，而本文所研究的定子水汇流管属于直接接地系统，无法用普通的摇表测量，并且绝缘值受到定子冷却水水质情况的影响较大[1]。

2 发电机定子绝缘值的影响因素

当发电机投入使用后，可以发现系统在通水之后，对于定子绝缘值的测量数据并没有满足机组的启动标准，当定冷水酸碱度在7～9，电子绝缘值小于0.1 MΩ时，绝缘值不一定满足相关要求。

（1）定冷水电导率对定子绝缘值的影响。因为定冷水电导率会对铜导线有一定的腐蚀作用，当电导率在一定范围时，其腐蚀速度会逐渐平稳，且电导率升降都会对腐蚀速度造成影响。水介质中的导电离子越多，整体的电阻越小，正负电极发生反应的阻力也越小，进而加快腐蚀速度[2]。具体表现为导电率增高，使得水介质的整体绝缘性能降低，并且该系统属于直接接地系统，会产生一定的电流损失。（2）分析酸碱数值，发现pH值在7～10时，铜表面会形成一层致密的氧化銅保护膜，可以防止进一步氧化，pH值对于铜的腐蚀起到了十分重要的作用。当pH值小于6.8时，整体水质会呈现弱酸性，铜处于腐蚀区，其表面难以形成稳定的保护层，使得腐蚀加剧。铜腐蚀让内冷水中的铜离子增多，也让电流泄漏量明显增多，使发电机机组的绝缘性能降低。

3 某火力发电机定子绝缘值降低的处理方法

3.1    提升定冷水水质

首先，在发电机机组启动前，需要对其定冷水系统进行多次冲洗，扭转水流导向，并对定子线棒进行检查冲洗，彻底清除内部的污垢和杂质，进而保障水质检测合格。逐渐加入定冷水加热器，将温度调节到50 ℃，冲洗时间可为4 h，能够驱除定子线棒内的潮气，防止露点的形成，进而保障定子回路绝缘值检测合格。其次，利用添加NaOH的方式来提高酸碱度，但是反应效果并不显著，可能添加的NaOH用量无法有效把控，且无法将融合液体混合均匀，反而会增加铜的氧化速度。在现有基础上将除盐水补水更替为凝结水，不但可以保障补水的水质，使其满足使用要求，还可以对水介质中的pH值进行调节，将定冷水的pH值控制在8～8.9，有效避免铜氧化的情况。最后，通过微碱离子置换树脂的方式，对定冷水进行处理，按照1：2：1比例严格调配钠型阳树脂、氢型阳树脂和氢氧型阴树脂的添加量，从而让定冷水内存在一定量的氢氧化钠，使水质的pH值提高，在测量发电机定子回路绝缘值前，加入定冷水系统离子交换器，在30 ℃下对定冷水的水质进行调节，能够起到非常良好的改善作用，将其电导率控制在0.75 μS/cm以下，不但可以降低水质中铜离子的含量，还可以确保测量工作不受影响。

3.2    控制发电机内氢气品质

在进行发电机回路绝缘值测量工作之前，需要置换发电机内的氢气，将内部的氢气压力数值控制在0.45 MPa左右，结合相关测量仪器，如果氢气纯度≥98%，可以启动发电机内部氢气循环风机系统，逐步加入氢气干燥设备，将发电机内部氢气露点控制在-25 ℃左右，通过这种方式能够让发电机内部氢气得以循环干燥，进而实现干燥其内部铁芯的目的。

3.3    提高发变组所属设备绝缘性能

（1）发电机停止运转后，需要立刻停止氢气冷却器的运转，并关闭其进出口手动阀门，防止氢气循环使得内部定子线棒以及转子绕组等受到潮气影响，形成露点。（2）发电机停止运转后，母线封闭且并没有检修时，需要保障其微正压装置正常运作，将其压力控制在0.4～1.6 kPa，投入干燥设备，用其出口封闭母线，强化日常的设备检查工作，如果发现漏气问题，应该立即与维修人员进行联系，防止损失加大。（3）在发电机机组启动前，可以通过压缩空气的方式连接封闭母线，对一些瓷瓶部分进行吹扫，清除内部的杂质和污垢，保障其干净、干燥。（4）结合实际的定子回路绝缘值测量数据以及电厂周边的环境湿度因素，可以在发电机励磁变、中性点接地变以及封闭母线进出口等位置加设暖风机、除湿器以及烘灯等装置，利用热空气提高内部温度，实现设备干燥的目的，进而提高发变组所属设备的绝缘性能。

4 结语

发电机组在启动之前，如果其定子回路绝缘值偏低，可以对发电厂周边环境湿度、检修工艺、氢气露点以及定冷水水质情况等进行深度分析排查，发现问题及时上报处理，避免损失进一步扩大。另外，强化发电机绝缘监督工作，构建测量台账，掌握发电机裂化趋势和绝缘变化情况，查找影响因素，从而制定有效的管控措施，可以保证发电机的有效、安全运转。

[参考文献]

[1] 张玉祥，鄢宜军，罗义，等.沙湾水电站4号机组定子绝缘性能降低原因分析与处理[J].水电与新能源，2015（8）：68-70.

[2] 卜繁薇，杜俊生.定子回路绝缘电阻偏低原因分析与处理[J].山东电力技术，2017（4）：71-73.

收稿日期：2020-06-02

作者简介：刘永博（1985—），男，甘肃会宁人，工程师，研究方向：电气自动化。