發(fā)電機(jī)定子冷卻油總烴偏高的原因分析

郭光武

(大唐洛陽熱電廠，河南 洛陽 471039)

1 問題的提出

TBM－160－2型汽輪發(fā)電機(jī)系俄羅斯新西伯利亞電力股份公司制造，定子繞組為紙絕緣，采用黏度低、導(dǎo)熱性能高、絕緣性能好的變壓器油直接冷卻，轉(zhuǎn)子繞組采用蒸餾水直接冷卻，發(fā)電機(jī)定子鐵芯也采用變壓器油直接冷卻，簡稱“油水油”冷卻方式。發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子是完全分開的2個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，彼此互不干擾。發(fā)電機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)是:有功功率，160 MW;定子電壓，18kV;定子電流，6030 A;功率因數(shù)，0.85;轉(zhuǎn)子電壓，170V;轉(zhuǎn)子電流，3700A;效率，98.7%。油冷發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定子繞組絕緣薄弱，較易擊穿。

大唐洛陽熱電廠#1，#2發(fā)電機(jī)(TBM－160－2型)分別于1999年5月和9月投運(yùn)，投運(yùn)初期，發(fā)電機(jī)定子冷卻油總烴及乙炔含量處于較低水平。2002年9月后，冷卻油總烴上升很快，2003年4月8日，#2發(fā)電機(jī)冷卻油總烴最高達(dá)到1032.07 μL/L，乙炔23.15 μL/L，#1，#2發(fā)電機(jī)定子油色譜分析數(shù)據(jù)見表1和表2。

2 總烴偏高的原因分析

由于TBM－160－2型發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特殊，沒有同類型機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，只能通過試驗(yàn)、解體檢查發(fā)現(xiàn)問題。采用排除法把問題簡化，找出總烴偏高的原因。

(1)油流帶電。在強(qiáng)迫油循環(huán)的大型變壓器中，由于變壓器油流過絕緣紙的表面時(shí)會發(fā)生油流帶靜電現(xiàn)象(以下簡稱油流帶電)，油流帶電引發(fā)的靜電放電是威脅大型變壓器安全運(yùn)行的重要因素之一。鑒于以上理論，#1，#2發(fā)電機(jī)定子繞組為油紙絕緣，亦稱強(qiáng)迫油循環(huán)，故可能存在油流帶電現(xiàn)象。

表1 #1發(fā)電機(jī)定子油色譜分析數(shù)據(jù) μL/L

表2 #2發(fā)電機(jī)定子油色譜分析數(shù)據(jù) μL/L

1)測量局部放電超聲波信號和局部放電量。發(fā)電機(jī)因油流帶電而引起放電，可同時(shí)產(chǎn)生局部放電信號和超聲信號，檢測這些信號，可確定發(fā)電機(jī)是否存在油流帶電及故障的嚴(yán)重程度。具體方法是在發(fā)電機(jī)停運(yùn)狀態(tài)下，開啟定子油冷泵，用局部放電超聲儀檢測局部放電信號，因發(fā)電機(jī)已停運(yùn)，所以，儀器能捕捉到的放電超聲信號，就是發(fā)電機(jī)油流帶電放電產(chǎn)生的信號，測得的放電量越大，說明故障程度越嚴(yán)重，放電量在10000 C以上，表明發(fā)電機(jī)存在油流放電現(xiàn)象。

2)測量定子繞組靜電感應(yīng)電壓。由于電容的作用，發(fā)電機(jī)存在油流帶電，在定子繞組會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，調(diào)節(jié)定子油冷泵出口門，在不同流量下，測量定子繞組感應(yīng)電壓的大小。

3)測量介質(zhì)損耗因數(shù)tan δ。引起發(fā)電機(jī)油流帶電的主要原因與變壓器油在高溫下的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ有關(guān)，好的變壓器油90℃的tan δ在0.5%以下。

4)利用停機(jī)機(jī)會，使定子油冷系統(tǒng)按實(shí)際流量進(jìn)行循環(huán)，比較總烴、乙炔前后的變化情況。

(2)油系統(tǒng)內(nèi)油冷泵及供油泵故障。筆者懷疑定子油冷泵轉(zhuǎn)速太高，2000年國家電力公司下發(fā)的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》文件中對變壓器潛油泵轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1 000 r/min。冷油泵為132 kW潛油泵，利用停機(jī)機(jī)會，定子油冷系統(tǒng)可按實(shí)際流量進(jìn)行循環(huán)，比較總烴和乙炔前后的變化情況。

(3)由于強(qiáng)電場、高流速、高溫油造成絕緣油分解加速。

(4)發(fā)電機(jī)定子解體檢查。檢查方法:

1)利用發(fā)電機(jī)大修的機(jī)會，打開發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)兩側(cè)大端蓋，檢查定子繞組端部接頭、引線、出線套管連接處是否接觸良好，是否有過熱現(xiàn)象。

2)檢查定子鐵芯情況。

3 總烴偏高原因的查找

3.1 油流帶電

利用停機(jī)機(jī)會，對定子油冷系統(tǒng)按實(shí)際流量進(jìn)行循環(huán)8 h，總烴、乙炔的變化不大。從理論上分析，發(fā)電機(jī)額定電壓18 kV，場強(qiáng)偏低，變壓器電壓等級越高，場強(qiáng)也越高，因此，不能完全套用變壓器標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 油系統(tǒng)內(nèi)油冷泵及供油泵故障

發(fā)電機(jī)額定電壓18 kV，場強(qiáng)偏低，不至于形成油流帶電。冷油泵運(yùn)行中無過熱，利用停機(jī)機(jī)會，對定子油冷系統(tǒng)按實(shí)際流量進(jìn)行循環(huán)8 h，總烴、乙炔的含量變化不大。

3.3 由于強(qiáng)電場、高流速、高溫油造成的絕緣油分解加速

以往在發(fā)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)中，在油溫較高的情況下，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)泄漏電流較大，說明在實(shí)際運(yùn)行工況下發(fā)電機(jī)油的分解速度應(yīng)比變壓器油的分解速度快。總烴含量中部分成分的增長有可能來源于此，但不應(yīng)是發(fā)電機(jī)總烴超標(biāo)的主要原因。

3.4 發(fā)電機(jī)定子解體檢查

在#1，#2機(jī)組大修中，分別對發(fā)電機(jī)定子繞組、定子鐵芯進(jìn)行了檢查。2005年9月，在對#1發(fā)電機(jī)檢查過程中，采用了發(fā)電機(jī)定子渦流加繞組直流的方法，加熱后用紅外熱成像方法檢查鐵芯、繞組及端部接頭、引線和出線套管連接處無明顯過熱點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)問題。2006年6月，在對#2發(fā)電機(jī)大修中，發(fā)現(xiàn)#2發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)端部鐵芯定位肋處有4個(gè)鐵芯夾件螺栓與鐵塊間有黑色焦痕(如圖1所示)、汽側(cè)冷卻油進(jìn)油管處有明顯放電痕跡(如圖2所示)。

4 過熱點(diǎn)處理

(1)將#2發(fā)電機(jī)勵(lì)側(cè)端部鐵芯定位肋與定子鐵芯燒結(jié)點(diǎn)鋸開，兩者之間用環(huán)氧絕緣板隔開。

(2)將#2發(fā)電機(jī)汽側(cè)冷卻油進(jìn)油管法蘭固定的孔用環(huán)氧絕緣套管和環(huán)氧絕緣墊固定，如圖3所示。

圖3 汽側(cè)冷卻油進(jìn)油管處(處理后)

(3)將過熱點(diǎn)進(jìn)行處理后投入運(yùn)行僅1個(gè)月，總烴含量繼續(xù)增加。

(4)目前，#1，#2發(fā)電機(jī)采用脫氣方法控制總烴含量上升。分析其主要原因，一是這2處故障點(diǎn)處理的不徹底，二是還有新的故障點(diǎn)未查出。

5 控制措施

(1)繼續(xù)對#1，#2發(fā)電機(jī)絕緣油進(jìn)行定期循環(huán)脫氣，雖然發(fā)電機(jī)脫氣給計(jì)算總烴含量尤其是乙炔含量增長速率帶來了一定困難，但發(fā)電機(jī)內(nèi)部局部放電一般先發(fā)生在固體或油內(nèi)的小氣泡中，而放電過程又使油分解產(chǎn)生氣體并被油部分吸收，如產(chǎn)氣速率高，氣泡將擴(kuò)大、增多，使放電增強(qiáng)，同時(shí)放電產(chǎn)生的X－蠟沉積在固體絕緣上使散熱困難、放電增強(qiáng)、出現(xiàn)過熱，促使固體絕緣加速損壞。在目前未找到故障解決辦法的情況下，應(yīng)定期對機(jī)組進(jìn)行脫氣，運(yùn)行中定子油總烴量應(yīng)控制在600 μL/L以下，避免運(yùn)行中定子繞組擊穿。

(2)利用#1，#2機(jī)組大、小修機(jī)會，將定子冷卻油總烴濾至20 μL/L以下。

(3)利用#1，#2組大修機(jī)會，定子繼續(xù)解體檢查。

(4)繼續(xù)收集資料，發(fā)電廠應(yīng)與電力科學(xué)試驗(yàn)研究院、電機(jī)制造廠的專家一起研究，針對發(fā)電機(jī)定子鐵芯接地方式，磁回路故障、鐵芯松動(dòng)、鐵芯多點(diǎn)接地、懸浮電位等故障產(chǎn)生可能進(jìn)行討論，探討故障產(chǎn)生原因、試驗(yàn)手段等問題，以便今后有針對性地開展檢查工作。

(5)加強(qiáng)化學(xué)色譜取樣工作，試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)詳細(xì)、準(zhǔn)確，要進(jìn)行氣體增長速率計(jì)算，定期對定子油進(jìn)行耐壓及介損試驗(yàn)。

6 結(jié)論

(1)定子鐵芯端部漏磁形成渦流致使定位肋與定子鐵芯壓環(huán)燒結(jié)及汽側(cè)冷卻油進(jìn)油管固定法蘭處燒結(jié)是造成發(fā)電機(jī)定子油總烴含量偏高的主要原因之一。

(2)目前，控制#1，#2發(fā)電機(jī)運(yùn)行中定子油總烴含量是保證定子繞組絕緣的有效措施。

(3)繼續(xù)對定子油總烴含量跟蹤分析，借助電力科學(xué)試驗(yàn)研究院、電機(jī)制造廠專家的技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)一步開展研究，盡快找出故障原因，以徹底解決定子油總烴含量偏高的問題。

［1］GB 50150—1991，電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［S］.