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发电机绝缘试验异常的分析与探讨
摘要

华能(上海)电力检修有限责任公司的研究人员徐庆欣,在2018年第10期《电气技术》杂志上撰文指出,同步发电机是电力系统的心脏,其能否可靠工作,直接影响发供电的安全和质量。发电机在制造过程中,其绝缘可能受到损伤,形成弱点,在运行过程中,它会不断受到振动、发热、电晕、化学腐蚀以及各种机械力的作用,各个部件都会逐渐老化,并随着其他部件运行情况而受到影响,直至损坏,从而影响发电机安全运行。为了及早发现发电机绝缘缺陷,对发电机进行发电机预防性试验是十分必要的。

一般来说,在常规性检修发电机时,所进行的试验包括绝缘电阻测试和直流泄漏兼耐压试验,通过测试结果进行判断,得出结论。大部分绝缘情况受外部天气、受潮、脏污影响很大,可以从这些方面去考虑分析,但本次的试验情况比较少见。

1  本次发电机试验中的问题

2017年5月,上海某发电厂#1发电机进行预防性试验,该发电机型号:QFS-300-2,容量:300MW,电压:18kV,定子线圈为双Y型绕组(即双拼绕组),出厂日期:1986年11月,为上海电机厂生产,该发电机于2002年进行扩容改造,扩容后为330MW。在本次检修前,运行情况良好,振动、温度等各运行参数正常,历次试验数据合格、正常。

首先,进行发电机绝缘电阻测试。测量绝缘电阻目的,主要是判断绝缘基本状况,它能发现绝缘严重受潮、赃污和贯穿性的绝缘缺陷。另外,还需同时判断发电机定子绕组的吸收比和极化指数,这也是判断绝缘的受潮程度。由于发电机容量大,所以它的吸收现象和极化现象显著,而吸收比对绝缘受潮较为灵敏。

该发电机由于是双Y型绕组,故每相有2个支路,三相共计6个支路。在测其中一支路绝缘电阻时,其余五相支路接地,具体数据见表1。

很显然,A相的两个支路都明显偏低,和其余两相比差数10倍,数据明显不合格。对试验接线、水回路及其他条件进行检查确认,其余两相4个支路绝缘数据良好,吸收比正常,汇水管对绕组绝缘良好,水质正常,均无明显问题。

初步怀疑是绕组绝缘问题,估计A相受潮、脏污所致,于是对A相套管及出线进行擦拭,用风扇进行外部整体干吹。

再次进行绝缘测试,试验结果依旧此情况。遂检查出线情况,怀疑是A相出线套管处绝缘支撑板有问题,彻底拆除所有A相绝缘支撑板,再次进行试验。试验结果见表2。

由表2可见,发电机整体绝缘均有所下降(由于这些天天气变化原因)。但A相绝缘还是明显低于其他两相,与前面无明显变化。为进一步确认是否A相确实系绝缘故障,试验人员决定试加直流电压,情况见表3。

B、C两相直流泄漏耐压全部通过,并试验合格,A相两支路直流加至额定运行电压时,泄漏已经明显很大,确如前面绝缘电阻情况所示,A相存在严重的绝缘故障。究竟是A相定子线圈内部还是外部的影响所致,还需加紧进一步的探讨。

表1  绝缘电阻数据

表2  绝缘电阻数据

表3  直流泄漏兼耐压测试

2  试验异常后的故障查找及判断

该发电机定子是双Y型线圈结构,偏于老式,此次发现的问题,从该机组投运以来还都没有遇见过,以往都是绝缘整体偏低或天气原因。随后,在反复检查时,试验人员无意中在A相单支路测试绝缘时,非被测相不接地,这时数据发生明显变化,见表4。

A相两支路绝缘电阻突然明显上升而且恢复正常,并且6个支路数据均差不多,再次进行直流泄漏试验,试验数据见表5。试验结果显示,直流泄漏值6个支路均正常,数据且平衡,直流耐压均通过。由此,可以基本判断定子绕组定子的整体主绝缘没有问题,是A相两支路之间绝缘存在问题。但究竟是外部其他因素影响还是支路之间内部主体绝缘的影响,还需进行彻底的检查分析。 

表4  绝缘电阻测试

表5  直流泄漏兼耐压测试

确定方案之后,决定先从发电机定冷水回路进行检查,此前定冷水回路都是正向通水、冲洗,现在改为反向冲洗,经过反冲洗数小时冲洗循环之后,再次进行一系列试验—绝缘电阻测试,见表6。

结果显示,在正冲洗状态时,A相两支路绝缘电阻均不正常,在反冲洗状态时,试验合格。由此,完全可以判断A相绝缘不正常的问题是由于定冷水水回路的影响,水回路内有杂质或异物存在,对滤网进行检查,发现比较干净,无明显异常,正常的正冲洗、反冲洗无法冲出。

根据发电机定子线圈内部水内冷结构分析,有时由于安装或检修马虎,在定子线棒鼻部汇水盒内遗留杂物,或者由于凝结水质不良或结构工艺上的其他缺陷,使个别线棒空心导线流量降低甚至堵塞,会造成鼻部接头或槽内股间绝缘局部或大面积过热,鼻部严重过热,导线失去整体性,股线振动、裂纹、断股,内层主绝缘磨损,绝缘受潮,电阻   降低,最终至绝缘击穿。

这个问题会引起很严重的后果。必须要解决,彻底消除故障。在处理前,为了将完全确定发电机主绝缘及支路之间正常与否,将定冷水放净,吹干进行检查、试验。试验情况见表7。

在吹干的情况下,三相试验数据均合格、耐压情况完全正常,至此可以完全确认发电机主绝缘及支路内部绝缘完好无问题。此次A相支路绝缘异常的原因完全是由于定冷水回路引起,在其内部有杂质或异物,或者水回路内表面吸附杂质,用普通措施无法消除。

表6  不同冲洗情况下的绝缘测试

表7  吹干时直流泄漏兼耐压测试

3  故障的排除和解决

为了解决这个问题,检修人员又进行了数次常规的正、反冲洗,效果不明显,试验情况依旧如此,联系厂家,希望厂家给以解决,但厂家建议全部更换水回路管,此方案解决费用较多,耗时也较长,条件都不允许。

面对如此“顽疾”,检修人员集思广益、探索新路,重新制定方案,决定采用热态蒸汽清洗,利用热蒸汽化解汇水管内杂质,并反复持续用热水冲洗。经过48h的连续清洗,再次进行试验。数据见表8。

试验得出,在正、反冲洗状态下,该发电机试验数据完全合格,由此,A相支路绝缘不合格问题在一个月后彻底解决,三相6支路试验绝缘值、泄漏值基本平衡。

表8  通水时直流泄漏兼耐压测试

结论

虽然在此次检修前,该发电机运行情况良好,温度等参数均正常,但如果该汇水管回路问题存在,并随之发展,杂质积累程度就会越来越重,将会给发电机今后运行存在极大隐患甚至严重事故。

本次试验中发现了发电机不同以往的问题,最终我们对该疑难问题进行彻底解决,确保了发电机今后的安全运行,也确保了电网的安全。

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