发电机绝缘试验异常的分析与探讨
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
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。