发电机定转子绝缘低的原因分析及处理

张彬彬，刘锡海

（深圳能源集团股份有限公司东部电厂，广东深圳 518120）

某电厂装机容量为3×350 MW燃气蒸汽联合循环发电机组。发电机至主变、高厂变高压侧母线采用某电力设备厂生产的离相式封闭母线，发电机励磁回路、高厂变低压侧至厂用电工作段母线采用共箱封闭母线。厂址所处地带气候湿热，雨水较多，空气湿度大，回南天严重，电气设备的绝缘问题较为突出。尤其在极端潮湿天气下，发电机定子及出线和转子绝缘低，造成机组无法启动。

1 影响发电机定子及出线和转子绝缘性能的原因

1.1 外部环境的影响

电厂厂址位于海边，天气属于热带气候，多雨，空气湿度大，昼夜温差变化明显。尤其在极端潮湿天气下，空气湿度可高达99%，再加上海边空气中盐分含量较高，这对保持发电机各处绝缘性能存在巨大挑战。

电厂发电机组为燃气蒸汽联合循环发电机组，为调峰机组，白天高峰期单机负荷可达400MW，高峰运行时，发电机定子及出线、转子、励磁母线、封闭母线等温度在60～80℃之间。而夜间停机后，发电机各部温度会在很短时间内降至环境温度，此时环境温度低且空气湿度大，极易形成凝露，这种现象对发电机绝缘性能构成严重的威胁[1]。此外，由于空气中盐分较大，当凝露蒸发后，会析出盐分附着在设备表面上，极大降低设备的绝缘性能。

1.2 设备本身的影响

电厂发电机组已投运近10年时间，发电机各部密封件等开始出现老化现象，再加上每台机组检修周期为1年，每次检修一般都会拆出密封件进行检查，比如发电机出线封闭母线绝缘子、发电机定转子等，在一定程度上会破坏设备本身的绝缘性能。

另外，部分设备直接放置在厂房空间上运行，比如励磁变压器及励磁母线等，虽然有安全防护外壳或者桥架，但遇到潮湿天气，带有盐分的湿润空气仍然会附着设备表面，待夜晚停机时，发生凝露现象。

2 提高发电机定转子绝缘性能分析及改造方案

2.1 转子绝缘提升和保持措施

发电机励磁系统是从发电机出口取交流电，通过励磁变压器降压后，送入励磁小间，经过整流柜整流成为直流后由励磁母线送至发电机转子碳刷间。

（1）滑环架边缘刷环氧胶水。励磁系统整流装置置于发电机励磁小间，为保证整流装置可靠运行，励磁小间内设有空调，温度设置为恒定24℃。整流装置出口为直流励磁母线，励磁母线以共箱封闭母线形式至发电机转子正负极滑环架。由于共箱母线桥架难以完全密封，励磁小间内的冷空气容易窜进共箱母线桥架内，并可能流动至发电机转子滑环碳刷架处，而滑环架处温度较高，冷热气流相遇易产生凝露。故冷热空气应可靠隔离，将发电机转子滑环架边缘刷上环氧胶水进行密封隔离。

（2）在滑环小间加装防爆烤灯，加热器改用自带风扇控制热流；并要求停机时，这些加热设备一定要投入运行。

发电机滑环小间位于主厂房13 m平台，夜晚机组停机后，若遇上极端潮湿的天气，滑环小间温度较高，温度较低的湿润空气易通过两侧防爆门及风轮风道进入滑环小间，降低发电机转子绝缘。通常在清晨机组启动前，运行人员会对发电机转子进行绝缘测试，遇到极端潮湿的天气时，发电机转子绝缘往往很低，此时需要临时加装烤灯，烘烤1 h后绝缘才会慢慢提高，这无疑严重影响了机组的正常启动。

在滑环小间两侧加装1 000 W固定式的防爆烤灯，风轮风道的三处加热器改用自带风扇的500 W的加热器，停机时，加强风道周围热空气流动，加热流入风道内的气体。要求在机组停机时，这些加热设备一定要投入运行，以保证发电机转子滑环处的绝缘性能。

（3）直流励磁母线所有的支撑绝缘子刷PRTV，加强绝缘和增水性、憎水迁移、自洁性。

通常直流励磁系统采用共箱母线的形式，电厂共箱母线外壳采用弱磁钢板，外壳上部密封盖板通常只有普通的封闭功能，盖板与外壳没有配置密封胶垫，密封性能不好，只能防止较大的异物进入，而对于粉尘和潮湿的空气则不能有效隔离。

因此，时间一久，难免有粉尘进入箱内，电瓷支撑绝缘子表面逐渐积污。当遇到例如回南天等极端潮湿的天气时，空气湿度达到90%以上，潮湿的空气就会进入箱内。对于调峰机组，夜晚停机，励磁系统退出运行，励磁母线停运，母线温度下降，支撑绝缘子因辐射冷却，当绝缘子表面温度低于环境温度时，则会吸附周围的潮湿空气，产生结露现象。附着在绝缘子表面的污秽，存在不溶于水的物质和可溶于水的可离子化物质。不溶于水的物质有吸附水分的作用，使水膜贯通整个绝缘子表面，而溶于水的可离化物质让这层水膜具有了一定的导电率。当母线投入运行时，就有泄漏电流从绝缘子表面流过，从而产生污闪，导致母线绝缘大幅度降低[2]。

由此可见，要提高直流励磁母线绝缘性能的最根本最有效的办法是要保证绝缘子表面的干燥和清洁，或者加强母线导体与绝缘子间的绝缘性能。如果从共箱母线外壳上进行改造，保证箱内绝对的封闭是非常困难的，耗用的资金量和工程量都非常大[3]。所以考虑从支撑绝缘子上做一些技改措施，改善绝缘子受污受潮条件，切断结露导电水膜是防止母线绝缘下降的有效方法。

PRTV用于电力设备外绝缘，是就地成型并具有持久性的防污闪复合涂料，其憎水性和憎水的迁移性是提高污闪电压等级的关键。涂料涂敷在电瓷表面，固化后形成一层胶膜。该胶膜在洁净条件下有优良的憎水性，当胶膜表层被污秽覆盖后，胶膜内的小分子憎水基团能很快地窜过污秽层，迁移到污秽层表面，使其也具有优异的憎水性。所以在极端潮湿的天气下，污秽层表面很难湿润，即使长时间使污层湿润后，污层表面也不会形成水流和水膜，而是以众多不连续的小水珠而独立存在，从而大大地扼制了泄露电流的产生，显著地提高了绝缘子的污闪电压[4]。

PRTV防污闪材料具有独特的化学组成及结构，达到并超过热硫化硅橡胶的物理电气性能，更优异的憎水迁移性等综合性能，以及20年的设计使用寿命为电瓷设备持久性反污提供了一种新的技术措施。

综上所述，将直流励磁母线所有支撑绝缘子表面涂刷长效防污闪涂料PRTV，加强支撑绝缘子的憎水性、憎水迁移性和自洁性[5]。该方法是提高励磁母线绝缘性能较可靠和经济的措施。

（4）励磁封母的励磁小间和外界交界处多加一块环氧树脂绝缘板隔离，加垫绝缘热缩垫填充间隙密闭，并在其表面涂刷PRTV。

由于励磁小间内空调的冷空气容易窜进直流励磁母线箱内，励磁共箱母线穿过励磁小间进入外部环境，此墙面交界处的封母内会产生冷热气流交换，易出现大量凝露水。因此，在此处加装一块环氧树脂绝缘板隔离，加垫绝缘热缩垫填充间隙密闭，做到可靠隔离[6]。

环氧树脂板材质坚硬，具有不阻燃、易吸湿的特点。隔板加装在箱内墙面的交界处，由于室内外存在一定的温差，也会在隔板表面凝聚大量的结露水。这种结露严重影响着母线的运行。所以，要求在环氧树脂板及热缩垫填充部位表面涂刷长效防污闪涂料PRTV。

（5）励磁变压器加装电加热器，增强除湿效果。电厂励磁变压器位于室外，不能有效控制环境温度，因此在机组夜晚停运后，励磁变压器退出运行，变压器本体温度降低，尤其在极端潮湿天气下，变压器绕组及铁芯温度低于周围温度，其表面易产生结露。在机组白天启动时，往往会引起发电机转子一点接地报警，影响机组正常启动。因此，在变压器三相绕组底部两侧各加装一个500 W的电加热器，电加热器自带风扇，风向由下至上。

2.2 定子绝缘提升和保持措施

（1）20 kV离相封母绝缘子全部喷涂PRTV；20 kV分相封母的加热器定期检查，若发现异常，及时更换；20 kV分相封母微正压的所有密封材料定期更换；并要求停机时，这些加热设备一定要投入运行。

离相封母已经运行数十年时间，为加强封母绝缘子的绝缘性能，将20 kV离相封母的绝缘子表面全部喷涂长效防污闪涂料PRTV。并要求定期检查封母加热器运行状态，若发现异常，应及时更换。

微正压装置工作情况对封闭母线的安全运行起到极为关键的作用，可以防止外界的灰层、杂质侵入母线，减少绝缘子凝露的危险，避免闪烙，防止封母内氢气堆积[7]。电厂三台机组离相封母微正压装置运行正常，在离相封母进行检修时，都会对封母进行仔细地检漏、补漏工作，并定期更换微正压装置所有的密封材料，保证微正压装置正常运行。

在机组停机时，要求封母加热器及微正压装置必须投入运行。

（2）高压厂用变20 kV侧积水凹槽用PRTV填满，并加装排水管和阀门，定期打开检查；高压厂用变20 kV侧CT定期测试绝缘，若过低，则更换。

电厂#1高厂变高压侧A相发生过绝缘降低放电，导致高厂变退出运行的事故，检修发现高厂变高压侧A相两个电流互感器CT受潮严重，绝缘电阻降低导致；拆开高厂变高压侧A相盘式绝缘子发现，其内圈放电严重，主要原因是盘式绝缘子表面凝露和内圈均压弹簧接触不好所致。

将#1高厂变高压侧三相三个盘式绝缘子全部更换而且表面喷涂PRTV[8]，把内圈均压弹簧改造为固定式的接触铜片，#1高厂变高压侧三相套管底部凹槽用PRTV填埋，并将#1高厂变高压侧三相离相封母底部开孔加装排水管，防止积水。

（3）在停机时间3天及以上要开票在发电机出线罩和中性点出线罩、励磁变高压侧处加临时烤灯加热。

发电机出线罩和中性点出线罩、励磁变高压侧，这几个部位由于考虑发电机漏氢安全、运行散热等的设计要求，没有安装微正压和固定的加热器，因此在停机时间3天及以上要开票加临时照灯加热。

3 总结

极端潮湿天气下，某厂发电机定转子绝缘提高和保持的技改项目，从2014年6月开始实施到2016年5月电厂#1、#2、#3台机组的技术改造完成。机组经过采用多项措施提高发电机转子、定子及出线设备的绝缘性能后，安全性得到极大提高。在机端潮湿天气下，转子绝缘由原来的200 kΩ以下上升到2 MΩ以上，定子及出线绝缘由原来的10 MΩ以下上升到30 MΩ以上。改造完成后，没有出现一起由于发电机定转子绝缘低的问题引起机组无法启动或者保护跳机的安全事故，为电厂安全运行及经济收益提供坚实的基础。