600MW發電機組絕緣吸收比偏低的原因分析及應對措施

華電國際電力股份有限公司奉節發電廠 楊燕東

600MW發電機組絕緣吸收比偏低的原因分析及應對措施

華電國際電力股份有限公司奉節發電廠 楊燕東

針對某臺國產600MW水氫氫冷發電機絕緣測試中暴露出來的問題，在大量試驗并細致分析基礎上，提出了造成絕緣吸收比比標準偏低的各層次原因，并就其中不正常部分提出了具體的應對措施。另外，文章就QFSN-600-2型發電機的絕緣狀況估測、絕緣態勢監測等提出了前瞻建議，以期為全面提升大型發電機絕緣水平而添磚加瓦。

水氫氫冷；絕緣電阻；絕緣吸收比

某發電公司于2014年6月投產1臺QFSN-600-2型汽輪發電機組(上海電機廠生產)。機組主要參數：額定cosφ為0.90，額定I為19245A，額定U為20kV，額定勵磁電流4128A；定子繞組為直接水內冷，定子鐵芯及轉子繞組為氫氣冷卻，定、轉子繞組均采用F級絕緣，按B級絕緣的溫升使用。

依據規定，該款水氫氫冷發電機的絕緣吸收比不得小于1.6[1]，但實際測量(包括啟機前和定期檢修時)卻常常低于1.6。為此，技術人員進行多次針對性試驗，并對試驗數據作分析，以求改善不安全狀況。

1.試驗情況

因該發電機為分相全封閉(即“發電機出口→主變連接母線”段由鐵殼密封)，因此試驗分兩種情況：第一種情況為帶主變連接母線進行的測試(運行前后都進行)；第二種情況為拆開發電機出口封母連接線進行的測試(指首次啟動前的空載試驗)。相關測試數據見表1所示。由表1可知，當測量時帶上封母，測量出的絕緣吸收比為不合格(限于篇幅，本文僅就運行后的一次測試進行展示，實際是不管運行前后基本不合格)；當甩掉外接封母時，測量出的絕緣吸收比又是合格的。

表1 對案例發電機在兩種情況下的絕緣吸收比測試

2 具體分析

由上小節的試驗類型可知：帶封母測試所得到的其實是“發電機定子繞組-勵磁變高壓側繞組-廠變高壓側繞組-主變低壓側繞組-封母”這一連接整體的絕緣情況；不帶封母測試所得到的是發電機本體絕緣情況。對于表1數據分析如下：（1）封母是發電機體系的絕緣薄弱處，由此造成帶封母測試時的絕緣數據偏低(這也是普遍現象)。（2）在某些情況下，因發電機冷卻水質不達標(正常要求：電導率≤0.5～1.5μS，pH=6.8～7.3，硬度＜2μmol/1，水中無機械雜質)，在DC作用下，發電機表面泄漏電流會隨著時間增大而以超過規定速率躍升，相應的絕緣電阻就下降，由此計算得到的絕緣電阻吸收比必然下降。（3）若發電機匯水管對地及定子繞組對匯水管的絕緣電阻偏低(本試驗中測得的數據在85kΩ～90kΩ，標準要求≥100 kΩ[2])，則會造成極化電勢升高，同樣使絕緣電阻及吸收比偏小。

3 處置對策

發電機絕緣電阻及吸收比處在合理范圍內是保證發電機運行中不發生絕緣擊穿的主要參數。為使該相參數始終優異，可采取以下處置措施。（1）對于不檢修的機組停機情形，應百分百保證冷卻水質的合格與穩定，即始終處于優秀的熱備用態。（2）高頻率地查核氫氣干燥器工作正常，并經常排污。要求氫氣絕對濕度＜2g/m3(取樣化驗為0.4g/m3)，氫氣露點在(-5℃,25℃)區間。若機組長時間停機，應通過充干燥氫氣來保持(充入的氫氣的露點不大于-47.5℃)。（3）經常性查看封母微正壓裝置、加熱裝置及通風機的投入情況，務必保證其健康工作。（4）在每次測試絕緣吸收比時，應同時檢測發電機匯水管對地、定子繞組對匯水管的絕緣電阻，若不符合則應提高水質。（5）注重對發電機出口段封母嚴密性檢查。在以往運行中，發現絕緣吸收比偏低，有一些是因為封母連接處侵入水汽造成，在排除水漬并干燥后，絕緣吸收比立即上升至正常范圍。

4 前瞻建議

4.1 以運行參數為依托構建發電機安全評價體系

在600MW水氫氫冷機組運行中，有兩大參數是要求嚴格遵循的[3]：第一是進水溫度務必處于45℃～50℃區間；第二是冷氫溫度務必處于44℃～46℃區間。

對于第一條的制定，主要原因：①統籌發電機定子線棒與定子鐵心的溫差不能太大，否則可能出現脹差而導致線棒絕緣的內部破損(外表看不出來)；②避免因冷卻水溫低導致絕緣引水管表面及水電接頭處結露，這樣水氣不至于侵入發電機本體使發電機受潮。

對于第二條的制定，主要原因：通過把握氫氣相對溫度使機內整體溫度趨于穩定，這樣鐵心及其附屬設備的溫差就會在合理范圍內，不會產生過大的熱變形以致形成較大的元件間的相對位移，從而保證機組在正常情況下的使用壽命。

其實，對于水氫氫冷機組來說，還需要根據氫中含水量來評估機組的安全性。因為機內氫氣濕度過大，有可能使原本不明顯的放電路徑明顯化，使放電現象容易發生。就QFSN-600-2型汽輪發電機組來說，務必控制機內H2的濕度在2g/m3(很重要的措施是保證氫氣干燥器正常投入)。

另外，水氫氫冷機組還要求氫氣壓力要高于定子內冷水壓力。目的很明顯：萬一機內水系統有泄漏，通過氫氣“透進”水系統來保證不出現水滴大面積滲出而破壞電機絕緣的情況。

根據運行大數據，在發電機出現的眾多事故中，往往不能區分是水的因素影響大些還是氫氣的因素影響大，因此，我們需要對這兩類物質的參數均予以高度重視，要完全依據權威規定來判斷機組的安全問題。

4.2 建立有效的在線監測體系

鑒于發電機絕緣問題的重要性，當前國內發電公司基本配置了在線絕緣監測工具，主要是：絕緣過熱監測裝置和中性點射頻診斷裝置。

絕緣過熱監測裝置與發電機本體的冷卻風路相連(經由適當的管路)，本質上屬于密閉循環系統。當發電機處于工作時，會有一部分冷卻氣體達到該裝置，進而被裝置中射線(由離子室內的放射性元素生成)電離為離子，并形成細小電流。由于絕緣發熱會表現在冷卻氣體的細微變化上，因此我們通過檢查冷卻氣體的電離電流，可辨別是夠有絕緣過熱發生。但是，當前的技術困難是如何設定判斷閾值。建設目標是：以電力大數據為依托，充分融合專家經驗和模糊處理知識，使機組一有故障征兆即動作報警，以便及時停機以進行處理。

中性點射頻診斷主要是捕捉定子線棒導線斷股時特有的射頻信號(本質是間隙性電孤)。當前的技術難點是如何過濾發電機在運行過程中產生的大量無關電磁干擾(其實也是判據問題)。

綜合上述，發電機絕緣在線監測尚在不斷完善，但我們已經明確努力方向。應該鼓勵發電公司多多應用，在不斷應用的過程中積累數據、完善技術，以精準的判據來加強發電機絕緣指標的提升。

5 結語

文章通過某案例發電機在絕緣電阻及吸收比測試中暴露出來的問題的研究，分析了造成QFSN-600-2型汽輪發電機組絕緣吸收比偏低的各類原因，并提出針對性處置措施。另外，文章分析了可監測運行參數對發電機絕緣安全評估的重要性，建議加強對進水溫度和冷氫溫度的精準調控；文章還就絕緣在線監測的建設進行探討，指出了努力方向。文章的研究為提升大型發電機的健康運行水平起到了拋磚引玉的作用。

[1]馬明禮.600 MW發電機組絕緣吸收比偏低的原因分析與對策[J].黑龍江電力,2010,133(32):48-50.

[2]薛信春.600MW發電機轉子匝間短路的分析與處理[J].華東電力,2011,18(1):26-28.

[3]杜小軍,尹魯. 600MW機組發電機氫氣純度低的故障分析與處理[J].神華科技,2013,11(4):136-139.

楊燕東（1975—），男，四川自貢人，大學本科，工程師，主要從事發電廠電氣專業基建工程和運行管理。