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600MW发电机组绝缘吸收比偏低的原因分析及应对措施
摘要 针对某台国产600MW水氢氢冷发电机绝缘测试中暴露出来的问题，在大量试验并细致分析基础上，提出了造成绝缘吸收比比标准偏低的各层次原因，并就其中不正常部分提出了具体的应对措施。另外，文章就QFSN-600-2型发电机的绝缘状况估测、绝缘态势监测等提出了前瞻建议，以期为全面提升大型发电机绝缘水平而添砖加瓦。
关键词：水氢氢冷；绝缘电阻；绝缘吸收比
某发电公司于2014年6月投产1台QFSN-600-2型汽轮发电机组(上海电机厂生产)。机组主要参数：额定cosφ为0.90，额定I为19245A，额定U为20kV，额定励磁电流4128A；定子绕组为直接水内冷，定子铁芯及转子绕组为氢气冷却，定、转子绕组均采用F级绝缘，按B级绝缘的温升使用。
依据规定，该款水氢氢冷发电机的绝缘吸收比不得小于1.6[1]，但实际测量(包括启机前和定期检修时)却常常低于1.6。为此，技术人员进行多次针对性试验，并对试验数据作分析，以求改善不安全状况。
1 试验情况
因该发电机为分相全封闭(即“发电机出口→主变连接母线”段由铁壳密封)，因此试验分两种情况：第一种情况为带主变连接母线进行的测试(运行前后都进行)；第二种情况为拆开发电机出口封母连接线进行的测试(指首次启动前的空载试验)。相关测试数据见表1所示。由表1可知，当测量时带上封母，测量出的绝缘吸收比为不合格(限于篇幅，本文仅就运行后的一次测试进行展示，实际是不管运行前后基本不合格)；当甩掉外接封母时，测量出的绝缘吸收比又是合格的。
表1 对案例发电机在两种情况下的绝缘吸收比测试
2 具体分析
由上小节的试验类型可知：带封母测试所得到的其实是“发电机定子绕组-励磁变高压侧绕组-厂变高压侧绕组-主变低压侧绕组-封母”这一连接整体的绝缘情况；不带封母测试所得到的是发电机本体绝缘情况。对于表1数据分析如下：
(1)封母是发电机体系的绝缘薄弱处，由此造成带封母测试时的绝缘数据偏低(这也是普遍现象)。
(2)在某些情况下，因发电机冷却水质不达标(正常要求：电导率≤0.5~1.5μS，pH=6.8~7.3，硬度<2μmol/1，水中无机械杂质)，在DC作用下，发电机表面泄漏电流会随着时间增大而以超过规定速率跃升，相应的绝缘电阻就下降，由此计算得到的绝缘电阻吸收比必然下降。
(3)若发电机汇水管对地及定子绕组对汇水管的绝缘电阻偏低(本试验中测得的数据在85kΩ~90kΩ，标准要求≥100 kΩ[2])，则会造成极化电势升高，同样使绝缘电阻及吸收比偏小。
3 处置对策
发电机绝缘电阻及吸收比处在合理范围内是保证发电机运行中不发生绝缘击穿的主要参数。为使该相参数始终优异，可采取以下处置措施。
(1)对于不检修的机组停机情形，应百分百保证冷却水质的合格与稳定，即始终处于优秀的热备用态。
(2)高频率地查核氢气干燥器工作正常，并经常排污。要求氢气绝对湿度<2g/m3(取样化验为0.4g/m3)，氢气露点在(-5℃,25℃)区间。若机组长时间停机，应通过充干燥氢气来保持(充入的氢气的露点不大于-47.5℃)。
(3)经常性查看封母微正压装置、加热装置及通风机的投入情况，务必保证其健康工作。
(4)在每次测试绝缘吸收比时，应同时检测发电机汇水管对地、定子绕组对汇水管的绝缘电阻，若不符合则应提高水质。
(5)注重对发电机出口段封母严密性检查。在以往运行中，发现绝缘吸收比偏低，有一些是因为封母连接处侵入水汽造成，在排除水渍并干燥后，绝缘吸收比立即上升至正常范围。
4 前瞻建议
4.1 以运行参数为依托构建发电机安全评价体系
在600MW水氢氢冷机组运行中，有两大参数是要求严格遵循的[3]：第一是进水温度务必处于45℃~50℃区间；第二是冷氢温度务必处于44℃~46℃区间。
对于第一条的制定，主要原因：①统筹发电机定子线棒与定子铁心的温差不能太大，否则可能出现胀差而导致线棒绝缘的内部破损(外表看不出来)；②避免因冷却水温低导致绝缘引水管表面及水电接头处结露，这样水气不至于侵入发电机本体使发电机受潮。
对于第二条的制定，主要原因：通过把握氢气相对温度使机内整体温度趋于稳定，这样铁心及其附属设备的温差就会在合理范围内，不会产生过大的热变形以致形成较大的元件间的相对位移，从而保证机组在正常情况下的使用寿命。
其实，对于水氢氢冷机组来说，还需要根据氢中含水量来评估机组的安全性。因为机内氢气湿度过大，有可能使原本不明显的放电路径明显化，使放电现象容易发生。就QFSN-600-2型汽轮发电机组来说，务必控制机内H2的湿度在2g/m3(很重要的措施是保证氢气干燥器正常投入)。
另外，水氢氢冷机组还要求氢气压力要高于定子内冷水压力。目的很明显：万一机内水系统有泄漏，通过氢气“透进”水系统来保证不出现水滴大面积渗出而破坏电机绝缘的情况。
根据运行大数据，在发电机出现的众多事故中，往往不能区分是水的因素影响大些还是氢气的因素影响大，因此，我们需要对这两类物质的参数均予以高度重视，要完全依据权威规定来判断机组的安全问题。
4.2 建立有效的在线监测体系
鉴于发电机绝缘问题的重要性，当前国内发电公司基本配置了在线绝缘监测工具，主要是：绝缘过热监测装置和中性点射频诊断装置。
绝缘过热监测装置与发电机本体的冷却风路相连(经由适当的管路)，本质上属于密闭循环系统。当发电机处于工作时，会有一部分冷却气体达到该装置，进而被装置中射线(由离子室内的放射性元素生成)电离为离子，并形成细小电流。由于绝缘发热会表现在冷却气体的细微变化上，因此我们通过检查冷却气体的电离电流，可辨别是够有绝缘过热发生。但是，当前的技术困难是如何设定判断阈值。建设目标是：以电力大数据为依托，充分融合专家经验和模糊处理知识，使机组一有故障征兆即动作报警，以便及时停机以进行处理。
中性点射频诊断主要是捕捉定子线棒导线断股时特有的射频信号(本质是间隙性电孤)。当前的技术难点是如何过滤发电机在运行过程中产生的大量无关电磁干扰(其实也是判据问题)。
综合上述，发电机绝缘在线监测尚在不断完善，但我们已经明确努力方向。应该鼓励发电公司多多应用，在不断应用的过程中积累数据、完善技术，以精准的判据来加强发电机绝缘指标的提升。
5 结语
文章通过某案例发电机在绝缘电阻及吸收比测试中暴露出来的问题的研究，分析了造成QFSN-600-2型汽轮发电机组绝缘吸收比偏低的各类原因，并提出针对性处置措施。另外，文章分析了可监测运行参数对发电机绝缘安全评估的重要性，建议加强对进水温度和冷氢温度的精准调控；文章还就绝缘在线监测的建设进行探讨，指出了努力方向。文章的研究为提升大型发电机的健康运行水平起到了抛砖引玉的作用。
参考文献
[1] 马明礼. 600 MW发电机组绝缘吸收比偏低的原因分析与对策[J]. 黑龙江电力, 2010, 133(32): 48-50.
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