汽轮发电机保养技术探索与实践

0 引言

汽轮发电机是由汽轮机作为原动机拖动转子旋转，利用电磁感应原理把机械能转换成电能的发电设备。汽轮发电机皆采用卧式结构，发电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组。其中发电机是该电力系统的“心脏”，其能否安全运行，将直接关系到电力系统的稳定和电能的质量。在机组检修或长期停运期间，发电机不可避免的处于长期停运的状态，若不重视发电机长期停运期间的保养工作，轻则影响发电机启动后的运行状态，重则加速发电机的腐蚀老化乃至降低发电机的使用寿命，甚至会直接导致发电机事故的发生。本文主要从发电机本体、转子集电环、辅助系统、励磁系统及封闭母线、发电机及励磁系统绝缘电阻试验等诸方面对保养技术进行探讨。

1 发电机本体的保养

汽轮发电机本体由定子、转子、励磁系统和冷却系统等部件组成。发电机本体的保养重点是控制机内气体湿度，防止机内结露和防止定子绕组受潮。机内气体湿度过高一方面会造成发电机转子护环产生应力腐蚀纹，并促使使裂纹快速发展，另一方面会降低定子的电气绝缘强度，易使定子绝缘薄弱处发生表面爬电、闪络、相间短路等故障。若机内产生结露现象，不仅降低了气体的绝缘强度，也使定子绕组端部的绝缘水平进一步降低，成为短路事故发生的诱发因素。机内气体湿度过低，又可能导致定子端部垫块收缩和支撑环产生裂纹等缺陷。

1.1 防止发电机内结露

若发电机停运后机内仍充满氢气，可利用转子连续盘车或氢气循环风机维持机内氢气流动，用氢气露点测试装置监测机内氢气露点。机内氢气不流动，所测得的露点温度无法正确反映机内氢气湿度情况。氢气露点温度应满足表 1 规定，其中发电机内的最低温度值取冷氢温度、内冷水入口水温、定子线棒温度和定子铁芯温度中的最低值 [1]。若氢气露点温度高于允许露点温度的高限，应立即启动氢气干燥装置；若氢气露点温度低于允许露点温度的低限，应立即停运氢气干燥装置。若发现氢气湿度长期处于较高水平，应及时检查氢气干燥装置、补氢品质、轴封系统、密封油系统、氢气冷却器及定子线棒等部位，采取措施降低氢气湿度 [2]。在发电机停运期间，机内氢气露点温度还与发电机周围的温度有关，当外界温度突降时应增加氢气露点温度检查的次数。此外，设计有定子冷却水的发电机还要注意按厂家要求维持定子冷却水温度高于机内氢气温度，以防止氢气中的水分在定子绕组外壁结露。

表1 停机保养时发电机内最低温度值与允许氢气露点温度的关系[3]

对于空气冷却的发电机，建议在机内加装湿度仪来监测发电机停运状态下的机内空气湿度。发电机停运期间机内空气相对湿度应 ⩽50% ，若机内空气相对湿度>50% ，可向机内补充干燥的空气以降低机内空气湿度。

1.2 防止定子绕组受潮

安装有加热器的发电机，加热器应在机组解列后符合投运条件时开启，维持发电机机体温度在 5℃以上。除发电机内部有检修工作或检修要求外，一般不得将发电机加热器撤出。检修工作结束后，应立即投运加热器。注意核算加热器的容量是否达到设计最小要求，以免容量不足无法达到有效防止定子绕组受潮的目的。

若发电机定子绕组内通水，可采用提高定子冷却水温度通水循环的方法来提高定子绕组温度，绕组温度应保持在 5℃以上。特别是长期停运时辅助系统退出运行的发电机，应在机组启动前尽早的恢复辅助系统运行，一面可以将定子绕组内吸收的潮气烘出来，另一面利用氢气干燥装置或补充干燥气体等办法降低机内气体湿度，让发电机在启动前做准备。

2. 转子集电环的保养

转子集电环部分保养的重点是防止转子大轴弯曲变形和做好碳刷、集电环的保养工作。发电机停止盘车后，防止转子大轴弯曲变形工作应按照厂家要求执行。厂家无明确规定时，转子应每隔一天盘动 90^∘ °。

转子集电环高速转动时，带动表面的气流旋转，形成摩擦，因此不会生锈。但是转子长时间不转动 , 外露的金属部分暴露在潮湿的空气中，很容易生锈。所以发电机停运后应安排碳刷集电环装置的清扫、检查工作，清除集电环螺旋沟、通风孔、风扇及出风道、滤网、刷架、刷握、碳刷处的粉尘杂物，并保证绝缘件表面清洁、绝缘良好。若发现集电环表面有铜绿或沟痕，应立即联系检修人员进行处理。若发现有过短、破损或刷辫有过热、损伤现象的碳刷，需进行更换。发电机停止盘车后，取下集电环上所有碳刷，全部擦拭干净后存放。同时做好集电环保养工作，比如集电环清扫干净后用干净的棉布包裹。如果采用黄油或凡士林涂抹集电环表面的方法进行保养，注意在转子恢复盘车前将涂抹的黄油或凡士林清理干净，若有残留的黄油或凡士林，机组运行后容易将碳粉、灰尘等黏聚在一起，反而容易导致碳刷、集电环处温度异常。

3. 发电机辅助系统的保养

发电机辅助系统包括氢气密封系统、定子冷却水系统等，发电机组停运后，若辅助系统维持运行，应定期监测并记录密封油压力、油氢压差、氢气露点温度、氢压、氢水压差、氢气纯度、定子冷却水温度、定子冷却水电导率、定子冷却水PH 值等参数，如有异常，应立即查明原因并进行处理。

发电机定冷水系统的保养重点是防止定子绕组、氢冷器、空冷器等水回路管道被腐蚀。若管道内保留存水，应密切关注注意存水水质，因冷却水质不洁等原因会引起部分冷却水管道堵塞，其先兆是定子线棒或冷却水的温度偏高，材料热解使冷却介质中产生杂质微粒，使发电机的放电量增加，最终会导致汽轮发电机局部过热，并最后烧坏发电机绝缘。故始终维持或定期让存水流动，防止管道被腐蚀 [4]。

若定冷水系统管道内不保留存水，应排干存水并用压缩空气吹干管道以防腐蚀。但由于定子绕组水路较长，蜿蜒曲折，而且空心导线内径比较小，这种方法不能完全排干定子水路内的存水，空心导线内仍会有潮湿“死区”，如果发电机停机时间很长，空心导线还是有机会被腐蚀以至堵塞。可通过分阶段实施干燥空气吹扫、真空泵除湿、充氮气保养、补充除氧水和混床离子净化等保养措施，减轻定子绕组水回路停用腐蚀的不利影响[4]。若采用抽真空方法后，发电机启动前必须进行定子水路的严密性试验。根据现场的实践经验，建议不需要拆汇流管，而是定期（一般 3\~5 天）启动定子冷却水系统对发电机定子绕组通水 , 同时对定子冷却水的水质和水温进行监测，保证其符合厂家规定。此外，对累计运行超过 2 个月的发电机，停机后安排定、转子水回路的反冲洗工作，以确保水回路的通畅。空气过滤器应按厂家要求定期进行检查清扫回。

4. 励磁及封闭母线的保养

发电机励磁系统是供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备的统称。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁系统的主要作用有：根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；控制并列运行各发电机间无功功率分配；提高发电机并列运行的静态及暂态稳定性；在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。发电机的励磁设备主要包括励磁机、励磁变，保养的重点主要是防止这些附属设备受潮。可行的保养措施有：

1) 若发电机安装有励磁机，停机后应始终保持励磁机加热器投运。

2）若发电机安装有励磁变，停机后应做好励磁变防潮保养工作，如投运加

3）若发电机安装有出口断路器，机组停运后应投运出口断路器除湿加热装置。

4）如发电机封闭母线无检修项目时，应投入封闭母线微正压装置，防止潮湿空气和灰尘进入。

5. 发电机定子及励磁回路绝缘电阻测试

发电机启动前应进行发电机定子及励磁回路绝缘电阻的测量，若发电机停运时间超过 1 个月，每个月也应进行发电机定子及励磁回路绝缘电阻的测量。对于定子水内冷发电机，测量定子绕组绝缘电阻时，应采用水内冷发电机专业绝缘电阻表进行测量，同时定子冷却水电导率应符合规定。若汇水管为死接地形式，按照制造厂规定测量定子绕组绝缘。测量发电机定子回路绝缘电阻，可以包括连接在该发电机定子回路上不能用隔离开关断开的个中电气设备，其绝缘电阻值不作规定，若测最结果较之前历次有明显降低时，应查明原因并设法消除。测量发电机励磁回路绝缘电阻，应包括发电机转子、主（副）励磁机。

结合实际情况，有条件时，建议在机组启动前测量励磁变绝缘、吸收比和极化指数。高压试验的结果有助于判断发电机定、转子在停运期间是否受潮，发电机状态是否符合启动条件。

6. 其他运行检修安全措施

发电机停运期间，除了要做好相关的保养工作，还需要做好如下安全措施，保护人身和设备的安全：

1) 当发电机充满氢气时，机组值班人员应严密监视密封瓦中的供油不能中断，氢气报警系统应处于工作状态。轴承润滑油系统中的排氢装置应处于工作状态，以便抽出可能从机内漏出并混入回油系统的氢气。停机后，应继续做好发电机漏氢量、发电机出线箱与封闭母线连接处含氢量的记录工作。如有异常，应立即查明原因并进行处理”。

2）冬季停运时，如果发电机有可能暴露在结冰温度之下（ <5% ），冷却器应排干存水以防结冰。维持定子冷却水温度至少 ，以防结冰。

3）在停运期间，若发电机内氢气置换完毕后应做好供氢管道隔离措施（如拆掉或加隔板），以避免意外向机内补氢。

4）发电机保养结束后，若打开过人孔门和拆过汇流管的法兰，则必须对机座和定子水路重新做严密性试验。

5）发电机启动前，建议对定子绕组各个水支路做水流量试验，以了解其空心导线的堵塞情况。发电机启动时，应严密监视各个定子绕组的进、出水温度，发现异常时应及时处理。

7. 结束语

发电机在检修停运期间若保养得当，就能维持良好的运行状态。如果在发电机停运期间对其保养工作不加以重视，则很容易产生受潮、腐蚀生锈、堵塞、结冰等各种缺陷，进而可能导致事故的发生。发电机解列停运后，若其相应的辅助系统仍能维持正常运行，尽可能的按照平时运行时的状态，保养工作相对来讲会比较简单而且有效。

参考文献:

[1] 梁允煦、水氢冷发电机长时间停机的保养，江西电力，2007,31(4) ：9-10.

[2] 刘啸. 氢冷发电机氢气湿度超标原因分析及处理 [J]. 基层建设，2015,19.

[3] 张红乐叶丹萌，李凤山等 . 秦山第二核电厂发电机氢气湿度控制 . 科技创新导报 ,2015,9:219.

[4] 刘斌，吴迪，孙其良等 . 水内冷发电机定子线棒的停用保养 . 腐蚀科学与防护技术，2009,21(3) ：305-207.

作者简介:

顾捷（1972— ），男，汉，浙江海盐，本科，工程师，从事电厂热力设备检修与维护工作。