發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子絕緣低的原因分析及處理

張彬彬，劉錫海

（深圳能源集團(tuán)股份有限公司東部電廠，廣東深圳 518120）

某電廠裝機(jī)容量為3×350 MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)至主變、高廠變高壓側(cè)母線采用某電力設(shè)備廠生產(chǎn)的離相式封閉母線，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路、高廠變低壓側(cè)至廠用電工作段母線采用共箱封閉母線。廠址所處地帶氣候濕熱，雨水較多，空氣濕度大，回南天嚴(yán)重，電氣設(shè)備的絕緣問題較為突出。尤其在極端潮濕天氣下，發(fā)電機(jī)定子及出線和轉(zhuǎn)子絕緣低，造成機(jī)組無(wú)法啟動(dòng)。

1 影響發(fā)電機(jī)定子及出線和轉(zhuǎn)子絕緣性能的原因

1.1 外部環(huán)境的影響

電廠廠址位于海邊，天氣屬于熱帶氣候，多雨，空氣濕度大，晝夜溫差變化明顯。尤其在極端潮濕天氣下，空氣濕度可高達(dá)99%，再加上海邊空氣中鹽分含量較高，這對(duì)保持發(fā)電機(jī)各處絕緣性能存在巨大挑戰(zhàn)。

電廠發(fā)電機(jī)組為燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，為調(diào)峰機(jī)組，白天高峰期單機(jī)負(fù)荷可達(dá)400MW，高峰運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)定子及出線、轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁母線、封閉母線等溫度在60～80℃之間。而夜間停機(jī)后，發(fā)電機(jī)各部溫度會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)降至環(huán)境溫度，此時(shí)環(huán)境溫度低且空氣濕度大，極易形成凝露，這種現(xiàn)象對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣性能構(gòu)成嚴(yán)重的威脅[1]。此外，由于空氣中鹽分較大，當(dāng)凝露蒸發(fā)后，會(huì)析出鹽分附著在設(shè)備表面上，極大降低設(shè)備的絕緣性能。

1.2 設(shè)備本身的影響

電廠發(fā)電機(jī)組已投運(yùn)近10年時(shí)間，發(fā)電機(jī)各部密封件等開始出現(xiàn)老化現(xiàn)象，再加上每臺(tái)機(jī)組檢修周期為1年，每次檢修一般都會(huì)拆出密封件進(jìn)行檢查，比如發(fā)電機(jī)出線封閉母線絕緣子、發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子等，在一定程度上會(huì)破壞設(shè)備本身的絕緣性能。

另外，部分設(shè)備直接放置在廠房空間上運(yùn)行，比如勵(lì)磁變壓器及勵(lì)磁母線等，雖然有安全防護(hù)外殼或者橋架，但遇到潮濕天氣，帶有鹽分的濕潤(rùn)空氣仍然會(huì)附著設(shè)備表面，待夜晚停機(jī)時(shí)，發(fā)生凝露現(xiàn)象。

2 提高發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子絕緣性能分析及改造方案

2.1 轉(zhuǎn)子絕緣提升和保持措施

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是從發(fā)電機(jī)出口取交流電，通過勵(lì)磁變壓器降壓后，送入勵(lì)磁小間，經(jīng)過整流柜整流成為直流后由勵(lì)磁母線送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子碳刷間。

（1）滑環(huán)架邊緣刷環(huán)氧膠水。勵(lì)磁系統(tǒng)整流裝置置于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁小間，為保證整流裝置可靠運(yùn)行，勵(lì)磁小間內(nèi)設(shè)有空調(diào)，溫度設(shè)置為恒定24℃。整流裝置出口為直流勵(lì)磁母線，勵(lì)磁母線以共箱封閉母線形式至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正負(fù)極滑環(huán)架。由于共箱母線橋架難以完全密封，勵(lì)磁小間內(nèi)的冷空氣容易竄進(jìn)共箱母線橋架內(nèi)，并可能流動(dòng)至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)碳刷架處，而滑環(huán)架處溫度較高，冷熱氣流相遇易產(chǎn)生凝露。故冷熱空氣應(yīng)可靠隔離，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)架邊緣刷上環(huán)氧膠水進(jìn)行密封隔離。

（2）在滑環(huán)小間加裝防爆烤燈，加熱器改用自帶風(fēng)扇控制熱流；并要求停機(jī)時(shí)，這些加熱設(shè)備一定要投入運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)滑環(huán)小間位于主廠房13 m平臺(tái)，夜晚機(jī)組停機(jī)后，若遇上極端潮濕的天氣，滑環(huán)小間溫度較高，溫度較低的濕潤(rùn)空氣易通過兩側(cè)防爆門及風(fēng)輪風(fēng)道進(jìn)入滑環(huán)小間，降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣。通常在清晨機(jī)組啟動(dòng)前，運(yùn)行人員會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行絕緣測(cè)試，遇到極端潮濕的天氣時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣往往很低，此時(shí)需要臨時(shí)加裝烤燈，烘烤1 h后絕緣才會(huì)慢慢提高，這無(wú)疑嚴(yán)重影響了機(jī)組的正常啟動(dòng)。

在滑環(huán)小間兩側(cè)加裝1 000 W固定式的防爆烤燈，風(fēng)輪風(fēng)道的三處加熱器改用自帶風(fēng)扇的500 W的加熱器，停機(jī)時(shí)，加強(qiáng)風(fēng)道周圍熱空氣流動(dòng)，加熱流入風(fēng)道內(nèi)的氣體。要求在機(jī)組停機(jī)時(shí)，這些加熱設(shè)備一定要投入運(yùn)行，以保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)處的絕緣性能。

（3）直流勵(lì)磁母線所有的支撐絕緣子刷PRTV，加強(qiáng)絕緣和增水性、憎水遷移、自潔性。

通常直流勵(lì)磁系統(tǒng)采用共箱母線的形式，電廠共箱母線外殼采用弱磁鋼板，外殼上部密封蓋板通常只有普通的封閉功能，蓋板與外殼沒有配置密封膠墊，密封性能不好，只能防止較大的異物進(jìn)入，而對(duì)于粉塵和潮濕的空氣則不能有效隔離。

因此，時(shí)間一久，難免有粉塵進(jìn)入箱內(nèi)，電瓷支撐絕緣子表面逐漸積污。當(dāng)遇到例如回南天等極端潮濕的天氣時(shí)，空氣濕度達(dá)到90%以上，潮濕的空氣就會(huì)進(jìn)入箱內(nèi)。對(duì)于調(diào)峰機(jī)組，夜晚停機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)退出運(yùn)行，勵(lì)磁母線停運(yùn)，母線溫度下降，支撐絕緣子因輻射冷卻，當(dāng)絕緣子表面溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，則會(huì)吸附周圍的潮濕空氣，產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。附著在絕緣子表面的污穢，存在不溶于水的物質(zhì)和可溶于水的可離子化物質(zhì)。不溶于水的物質(zhì)有吸附水分的作用，使水膜貫通整個(gè)絕緣子表面，而溶于水的可離化物質(zhì)讓這層水膜具有了一定的導(dǎo)電率。當(dāng)母線投入運(yùn)行時(shí)，就有泄漏電流從絕緣子表面流過，從而產(chǎn)生污閃，導(dǎo)致母線絕緣大幅度降低[2]。

由此可見，要提高直流勵(lì)磁母線絕緣性能的最根本最有效的辦法是要保證絕緣子表面的干燥和清潔，或者加強(qiáng)母線導(dǎo)體與絕緣子間的絕緣性能。如果從共箱母線外殼上進(jìn)行改造，保證箱內(nèi)絕對(duì)的封閉是非常困難的，耗用的資金量和工程量都非常大[3]。所以考慮從支撐絕緣子上做一些技改措施，改善絕緣子受污受潮條件，切斷結(jié)露導(dǎo)電水膜是防止母線絕緣下降的有效方法。

PRTV用于電力設(shè)備外絕緣，是就地成型并具有持久性的防污閃復(fù)合涂料，其憎水性和憎水的遷移性是提高污閃電壓等級(jí)的關(guān)鍵。涂料涂敷在電瓷表面，固化后形成一層膠膜。該膠膜在潔凈條件下有優(yōu)良的憎水性，當(dāng)膠膜表層被污穢覆蓋后，膠膜內(nèi)的小分子憎水基團(tuán)能很快地竄過污穢層，遷移到污穢層表面，使其也具有優(yōu)異的憎水性。所以在極端潮濕的天氣下，污穢層表面很難濕潤(rùn)，即使長(zhǎng)時(shí)間使污層濕潤(rùn)后，污層表面也不會(huì)形成水流和水膜，而是以眾多不連續(xù)的小水珠而獨(dú)立存在，從而大大地扼制了泄露電流的產(chǎn)生，顯著地提高了絕緣子的污閃電壓[4]。

PRTV防污閃材料具有獨(dú)特的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)，達(dá)到并超過熱硫化硅橡膠的物理電氣性能，更優(yōu)異的憎水遷移性等綜合性能，以及20年的設(shè)計(jì)使用壽命為電瓷設(shè)備持久性反污提供了一種新的技術(shù)措施。

綜上所述，將直流勵(lì)磁母線所有支撐絕緣子表面涂刷長(zhǎng)效防污閃涂料PRTV，加強(qiáng)支撐絕緣子的憎水性、憎水遷移性和自潔性[5]。該方法是提高勵(lì)磁母線絕緣性能較可靠和經(jīng)濟(jì)的措施。

（4）勵(lì)磁封母的勵(lì)磁小間和外界交界處多加一塊環(huán)氧樹脂絕緣板隔離，加墊絕緣熱縮墊填充間隙密閉，并在其表面涂刷PRTV。

由于勵(lì)磁小間內(nèi)空調(diào)的冷空氣容易竄進(jìn)直流勵(lì)磁母線箱內(nèi)，勵(lì)磁共箱母線穿過勵(lì)磁小間進(jìn)入外部環(huán)境，此墻面交界處的封母內(nèi)會(huì)產(chǎn)生冷熱氣流交換，易出現(xiàn)大量凝露水。因此，在此處加裝一塊環(huán)氧樹脂絕緣板隔離，加墊絕緣熱縮墊填充間隙密閉，做到可靠隔離[6]。

環(huán)氧樹脂板材質(zhì)堅(jiān)硬，具有不阻燃、易吸濕的特點(diǎn)。隔板加裝在箱內(nèi)墻面的交界處，由于室內(nèi)外存在一定的溫差，也會(huì)在隔板表面凝聚大量的結(jié)露水。這種結(jié)露嚴(yán)重影響著母線的運(yùn)行。所以，要求在環(huán)氧樹脂板及熱縮墊填充部位表面涂刷長(zhǎng)效防污閃涂料PRTV。

（5）勵(lì)磁變壓器加裝電加熱器，增強(qiáng)除濕效果。電廠勵(lì)磁變壓器位于室外，不能有效控制環(huán)境溫度，因此在機(jī)組夜晚停運(yùn)后，勵(lì)磁變壓器退出運(yùn)行，變壓器本體溫度降低，尤其在極端潮濕天氣下，變壓器繞組及鐵芯溫度低于周圍溫度，其表面易產(chǎn)生結(jié)露。在機(jī)組白天啟動(dòng)時(shí)，往往會(huì)引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警，影響機(jī)組正常啟動(dòng)。因此，在變壓器三相繞組底部?jī)蓚?cè)各加裝一個(gè)500 W的電加熱器，電加熱器自帶風(fēng)扇，風(fēng)向由下至上。

2.2 定子絕緣提升和保持措施

（1）20 kV離相封母絕緣子全部噴涂PRTV；20 kV分相封母的加熱器定期檢查，若發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)更換；20 kV分相封母微正壓的所有密封材料定期更換；并要求停機(jī)時(shí)，這些加熱設(shè)備一定要投入運(yùn)行。

離相封母已經(jīng)運(yùn)行數(shù)十年時(shí)間，為加強(qiáng)封母絕緣子的絕緣性能，將20 kV離相封母的絕緣子表面全部噴涂長(zhǎng)效防污閃涂料PRTV。并要求定期檢查封母加熱器運(yùn)行狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)更換。

微正壓裝置工作情況對(duì)封閉母線的安全運(yùn)行起到極為關(guān)鍵的作用，可以防止外界的灰層、雜質(zhì)侵入母線，減少絕緣子凝露的危險(xiǎn)，避免閃烙，防止封母內(nèi)氫氣堆積[7]。電廠三臺(tái)機(jī)組離相封母微正壓裝置運(yùn)行正常，在離相封母進(jìn)行檢修時(shí)，都會(huì)對(duì)封母進(jìn)行仔細(xì)地檢漏、補(bǔ)漏工作，并定期更換微正壓裝置所有的密封材料，保證微正壓裝置正常運(yùn)行。

在機(jī)組停機(jī)時(shí)，要求封母加熱器及微正壓裝置必須投入運(yùn)行。

（2）高壓廠用變20 kV側(cè)積水凹槽用PRTV填滿，并加裝排水管和閥門，定期打開檢查；高壓廠用變20 kV側(cè)CT定期測(cè)試絕緣，若過低，則更換。

電廠#1高廠變高壓側(cè)A相發(fā)生過絕緣降低放電，導(dǎo)致高廠變退出運(yùn)行的事故，檢修發(fā)現(xiàn)高廠變高壓側(cè)A相兩個(gè)電流互感器CT受潮嚴(yán)重，絕緣電阻降低導(dǎo)致；拆開高廠變高壓側(cè)A相盤式絕緣子發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)圈放電嚴(yán)重，主要原因是盤式絕緣子表面凝露和內(nèi)圈均壓彈簧接觸不好所致。

將#1高廠變高壓側(cè)三相三個(gè)盤式絕緣子全部更換而且表面噴涂PRTV[8]，把內(nèi)圈均壓彈簧改造為固定式的接觸銅片，#1高廠變高壓側(cè)三相套管底部凹槽用PRTV填埋，并將#1高廠變高壓側(cè)三相離相封母底部開孔加裝排水管，防止積水。

（3）在停機(jī)時(shí)間3天及以上要開票在發(fā)電機(jī)出線罩和中性點(diǎn)出線罩、勵(lì)磁變高壓側(cè)處加臨時(shí)烤燈加熱。

發(fā)電機(jī)出線罩和中性點(diǎn)出線罩、勵(lì)磁變高壓側(cè)，這幾個(gè)部位由于考慮發(fā)電機(jī)漏氫安全、運(yùn)行散熱等的設(shè)計(jì)要求，沒有安裝微正壓和固定的加熱器，因此在停機(jī)時(shí)間3天及以上要開票加臨時(shí)照燈加熱。

3 總結(jié)

極端潮濕天氣下，某廠發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子絕緣提高和保持的技改項(xiàng)目，從2014年6月開始實(shí)施到2016年5月電廠#1、#2、#3臺(tái)機(jī)組的技術(shù)改造完成。機(jī)組經(jīng)過采用多項(xiàng)措施提高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子及出線設(shè)備的絕緣性能后，安全性得到極大提高。在機(jī)端潮濕天氣下，轉(zhuǎn)子絕緣由原來(lái)的200 kΩ以下上升到2 MΩ以上，定子及出線絕緣由原來(lái)的10 MΩ以下上升到30 MΩ以上。改造完成后，沒有出現(xiàn)一起由于發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子絕緣低的問題引起機(jī)組無(wú)法啟動(dòng)或者保護(hù)跳機(jī)的安全事故，為電廠安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)收益提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。