華電國際電力股份有限公司奉節(jié)發(fā)電廠 楊燕東

600MW發(fā)電機(jī)組絕緣吸收比偏低的原因分析及應(yīng)對措施

華電國際電力股份有限公司奉節(jié)發(fā)電廠 楊燕東

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

水氫氫冷；絕緣電阻；絕緣吸收比

某發(fā)電公司于2014年6月投產(chǎn)1臺QFSN-600-2型汽輪發(fā)電機(jī)組(上海電機(jī)廠生產(chǎn))。機(jī)組主要參數(shù)：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(nèi)冷，定子鐵芯及轉(zhuǎn)子繞組為氫氣冷卻，定、轉(zhuǎn)子繞組均采用F級絕緣，按B級絕緣的溫升使用。

依據(jù)規(guī)定，該款水氫氫冷發(fā)電機(jī)的絕緣吸收比不得小于1.6[1]，但實際測量(包括啟機(jī)前和定期檢修時)卻常常低于1.6。為此，技術(shù)人員進(jìn)行多次針對性試驗，并對試驗數(shù)據(jù)作分析，以求改善不安全狀況。

1.試驗情況

因該發(fā)電機(jī)為分相全封閉(即“發(fā)電機(jī)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(jìn)行的測試(運行前后都進(jìn)行)；第二種情況為拆開發(fā)電機(jī)出口封母連接線進(jìn)行的測試(指首次啟動前的空載試驗)。相關(guān)測試數(shù)據(jù)見表1所示。由表1可知，當(dāng)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(jìn)行展示，實際是不管運行前后基本不合格)；當(dāng)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(fā)電機(jī)在兩種情況下的絕緣吸收比測試

2 具體分析

由上小節(jié)的試驗類型可知：帶封母測試所得到的其實是“發(fā)電機(jī)定子繞組-勵磁變高壓側(cè)繞組-廠變高壓側(cè)繞組-主變低壓側(cè)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(fā)電機(jī)本體絕緣情況。對于表1數(shù)據(jù)分析如下：（1）封母是發(fā)電機(jī)體系的絕緣薄弱處，由此造成帶封母測試時的絕緣數(shù)據(jù)偏低(這也是普遍現(xiàn)象)。（2）在某些情況下，因發(fā)電機(jī)冷卻水質(zhì)不達(dá)標(biāo)(正常要求：電導(dǎo)率≤0.5～1.5μS，pH=6.8～7.3，硬度＜2μmol/1，水中無機(jī)械雜質(zhì))，在DC作用下，發(fā)電機(jī)表面泄漏電流會隨著時間增大而以超過規(guī)定速率躍升，相應(yīng)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(fā)電機(jī)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(shù)據(jù)在85kΩ～90kΩ，標(biāo)準(zhǔn)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(fā)電機(jī)絕緣電阻及吸收比處在合理范圍內(nèi)是保證發(fā)電機(jī)運行中不發(fā)生絕緣擊穿的主要參數(shù)。為使該相參數(shù)始終優(yōu)異，可采取以下處置措施。（1）對于不檢修的機(jī)組停機(jī)情形，應(yīng)百分百保證冷卻水質(zhì)的合格與穩(wěn)定，即始終處于優(yōu)秀的熱備用態(tài)。（2）高頻率地查核氫氣干燥器工作正常，并經(jīng)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(qū)間。若機(jī)組長時間停機(jī)，應(yīng)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(jīng)常性查看封母微正壓裝置、加熱裝置及通風(fēng)機(jī)的投入情況，務(wù)必保證其健康工作。（4）在每次測試絕緣吸收比時，應(yīng)同時檢測發(fā)電機(jī)匯水管對地、定子繞組對匯水管的絕緣電阻，若不符合則應(yīng)提高水質(zhì)。（5）注重對發(fā)電機(jī)出口段封母嚴(yán)密性檢查。在以往運行中，發(fā)現(xiàn)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(shù)為依托構(gòu)建發(fā)電機(jī)安全評價體系

在600MW水氫氫冷機(jī)組運行中，有兩大參數(shù)是要求嚴(yán)格遵循的[3]：第一是進(jìn)水溫度務(wù)必處于45℃～50℃區(qū)間；第二是冷氫溫度務(wù)必處于44℃～46℃區(qū)間。

對于第一條的制定，主要原因：①統(tǒng)籌發(fā)電機(jī)定子線棒與定子鐵心的溫差不能太大，否則可能出現(xiàn)脹差而導(dǎo)致線棒絕緣的內(nèi)部破損(外表看不出來)；②避免因冷卻水溫低導(dǎo)致絕緣引水管表面及水電接頭處結(jié)露，這樣水氣不至于侵入發(fā)電機(jī)本體使發(fā)電機(jī)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(jī)內(nèi)整體溫度趨于穩(wěn)定，這樣鐵心及其附屬設(shè)備的溫差就會在合理范圍內(nèi)，不會產(chǎn)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(jī)組在正常情況下的使用壽命。

其實，對于水氫氫冷機(jī)組來說，還需要根據(jù)氫中含水量來評估機(jī)組的安全性。因為機(jī)內(nèi)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(xiàn)象容易發(fā)生。就QFSN-600-2型汽輪發(fā)電機(jī)組來說，務(wù)必控制機(jī)內(nèi)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(jī)組還要求氫氣壓力要高于定子內(nèi)冷水壓力。目的很明顯：萬一機(jī)內(nèi)水系統(tǒng)有泄漏，通過氫氣“透進(jìn)”水系統(tǒng)來保證不出現(xiàn)水滴大面積滲出而破壞電機(jī)絕緣的情況。

根據(jù)運行大數(shù)據(jù)，在發(fā)電機(jī)出現(xiàn)的眾多事故中，往往不能區(qū)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(zhì)的參數(shù)均予以高度重視，要完全依據(jù)權(quán)威規(guī)定來判斷機(jī)組的安全問題。

4.2 建立有效的在線監(jiān)測體系

鑒于發(fā)電機(jī)絕緣問題的重要性，當(dāng)前國內(nèi)發(fā)電公司基本配置了在線絕緣監(jiān)測工具，主要是：絕緣過熱監(jiān)測裝置和中性點射頻診斷裝置。

絕緣過熱監(jiān)測裝置與發(fā)電機(jī)本體的冷卻風(fēng)路相連(經(jīng)由適當(dāng)?shù)墓苈?，本質(zhì)上屬于密閉循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)處于工作時，會有一部分冷卻氣體達(dá)到該裝置，進(jìn)而被裝置中射線(由離子室內(nèi)的放射性元素生成)電離為離子，并形成細(xì)小電流。由于絕緣發(fā)熱會表現(xiàn)在冷卻氣體的細(xì)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(fā)生。但是，當(dāng)前的技術(shù)困難是如何設(shè)定判斷閾值。建設(shè)目標(biāo)是：以電力大數(shù)據(jù)為依托，充分融合專家經(jīng)驗和模糊處理知識，使機(jī)組一有故障征兆即動作報警，以便及時停機(jī)以進(jìn)行處理。

中性點射頻診斷主要是捕捉定子線棒導(dǎo)線斷股時特有的射頻信號(本質(zhì)是間隙性電孤)。當(dāng)前的技術(shù)難點是如何過濾發(fā)電機(jī)在運行過程中產(chǎn)生的大量無關(guān)電磁干擾(其實也是判據(jù)問題)。

綜合上述，發(fā)電機(jī)絕緣在線監(jiān)測尚在不斷完善，但我們已經(jīng)明確努力方向。應(yīng)該鼓勵發(fā)電公司多多應(yīng)用，在不斷應(yīng)用的過程中積累數(shù)據(jù)、完善技術(shù)，以精準(zhǔn)的判據(jù)來加強發(fā)電機(jī)絕緣指標(biāo)的提升。

5 結(jié)語

文章通過某案例發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)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(jiān)測運行參數(shù)對發(fā)電機(jī)絕緣安全評估的重要性，建議加強對進(jìn)水溫度和冷氫溫度的精準(zhǔn)調(diào)控；文章還就絕緣在線監(jiān)測的建設(shè)進(jìn)行探討，指出了努力方向。文章的研究為提升大型發(fā)電機(jī)的健康運行水平起到了拋磚引玉的作用。

[1]馬明禮.600 MW發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)組發(fā)電機(jī)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(xué)本科，工程師，主要從事發(fā)電廠電氣專業(yè)基建工程和運行管理。