吴家锋
广东粤电博贺能源有限公司，广东 茂名 525000
摘要：1000MW水氢氢发电机在检修、安装、停运长时间后，会遇到汇水管存在极化电势的问题，影响测发电机的主绝缘，针对此问题本文展开了分析，提出相对应的处理措施。
关键词：发电机；主绝缘；汇水管；极化电势；水摇表
发电机在检修、安装、停运长时间后，开机前都要测发电机的主绝缘，确保发电机的一次主设备绝缘良好，但会因汇水管存在极化电势，无法测发电机主绝缘，影响到机组正常开机，带来经济损失。本文介绍KD2678B绝缘特性测试仪测发电机主绝缘时，遇到的问题与分析，提出相对应的处理措施。
一、水摇表的原理及测试方法
该公司的水摇表为KD2678B绝缘特性测试仪，采用AC/DC变换技术，将AC220V电压整流后升压至DC5000V作试验电压源，加载发电机绕组与机座间，绕组对汇水管间的电流，被汇水管端接入表计屏蔽，绕组对机座间的电流流入表内，根据这个电流的大小，指示出发电机绕组的绝缘值，由于汇水管屏蔽端口的电位是跟随机座的电位，保证了汇水管与机座间的电位差为零，这样就使得汇水管端口至机座间电流流过，消除了泄漏电流，保证绝缘测试的准确。该测试仪使用低压端等电位大电流屏蔽的专利技术，搭配专用同轴双芯汇水管屏蔽测试线，解决汇水管存在极化电势的影响。
为了保证测量的准确性与测试仪安全，用水摇表测试之前，需先将汇水管法兰盘上、下连接线解开，用专用汇水管导线将所有汇水管支路短连，引致仪表汇水管屏蔽端，再用万用表测量水阻Ry≥100kΩ(500kV),Rh≥3kΩ，汇水管对地电压<200mV。
测试中，水内冷发电机电气等效图如下图示意：
.png)
根据发电机汇水管的设计，汇水管与发电机座绝缘，在不通定冷水情况下，主要包括定冷水进出水法兰绝缘、定子线棒与汇水管之间的绝缘、测温元件与汇水管之间的绝缘（在用水摇表测量主绝缘时，测温元件一般为正常运行状态）。在通定冷水的情况下，则在不通定冷水情况下增加了各支路水阻的绝缘，由于定冷水的水质要求严格，汇水管对机座的绝缘阻值会远大于水阻的绝缘值。降低电导率是提高水阻绝缘值重要方法，可在定冷水进水处增加离子交换器。
二、发电机汇水管存在极化电势及处理
极化电势主要是由于定冷水流经进出水管法兰绝缘时，在绝缘的两端产生的。只要绕组通有定冷水，则就有可能产生极化电势。由于测发电机主绝缘是在定冷水通水的情况下进行，故极化电势一般无法消除。产生极化电势的原因是多重的，包括设备材质、定冷水导电率、PH 值、硬度、是否投入离子交换器等。
极化电势的影响：当汇水管的极化电势较大，超过水摇表对极化电势补偿能力时，将影响水摇表测量发电机的主绝缘。
极化电势属于电势源，每次测量极化电势的极性和大小不是固定不变的，根据经验总结其特点：
1.万用表测量汇水管对基座有电压，且时正、时负，尤其是刚停机或做完耐压时较严重，通过水阻放电，对测试影响大，消除时间长。
2.万用表测量汇水管水阻，正反不一致。
3.同向使测试值变小。
4.反向使测试值变大，甚至超量程。
极化电势一般处理方案 ：
1.进行化验发电机定冷水质，包括导电率、PH 值等，是否符合制造厂家规定的水质要求，如有不符合项，需对定冷水进行换水，换水后进行注水排空，启定冷水泵打内循环，同时投入离子交换器。
2.汇水管接地充分放电。
3.所有测温元件并联接地。
4.复测汇水管绝缘。
5.连续测量间隔大于10分钟，测量间隙放电。
三、实际案例
某电厂在首次启动#2机的时候，测#2发电机主绝缘时遇到以下现象：
1.汇水管对地电势较大并且跳动，用万用表测量在 900mV至1400mV之间跳动。
2.水摇表无法测量，还没有启动高压时，测试仪指针大幅摆动，无法消除汇水管对地电势，仪表一直报警。
3.发电机的主绝缘做耐压试验合格。
初步分析发电机汇水管存在极化电势，现场处理方法如下：
1.进行化验发电机定冷水质，包括导电率、PH 值、硬度等。
2.对发电机定冷水换水:定冷水系统放完水后,再注水排空并启动定冷水泵打循环，同时投入离子交换器。
3.对汇水管接地放电。
经过以上的方法，特别是对发电机的定冷水进行换水后，汇水管对地电势有下降的趋势，但仍不能消除，用水摇表测量时，表计一直报警，仍不能测量。此时发电机定冷水已换了三遍，时间已过了20小时，水质已经完全符合制造厂的要求。开机的时间越来越紧迫，由于发电机测不了绝缘，严重影响到机组开机。
初步分析发电机汇水管测温元件为铂热电阻，应该是不带有电压的。
对测量数据分析：汇水管对地电势正反向一直都有900mV至1400mV之间摆动，接地放电后，仍然保持电压，不符合极化电势的规律（通水情况下，正向测量无穷大，反向测量0。），可以排除极化电势的影响。
现场采取措施：
1.换内冷水的水质已符合制造厂的要求。
2.测汇水管与机座的绝缘电阻≥30kΩ。
3.测汇水管与绕组的绝缘电阻≥100kΩ。
最后排查发电机测温元件是否有问题，会不会导致发电机汇水管带电。经过测量发电机汇水管所有的测温元件，都有900mV～1400mV之间摆动，与#1机对比，这是相同的现象，但与汇水管的电压900mV～1400mV之间摆动一致。由此判断汇水管的电压是由测温元件传导的。
通过排查法，结合#2发电机的测温元件分析，发现有二个测点已变成坏点。通过拆除此二个测点的引接线，再测量汇水管对地的电压，已经下降到100mV，与#1机的汇水管对地电压数值相同，恢复正常水平。因为汇水管对地存在一定的极化电势，是无法避免的。发电机测温元件变坏点，可能做发电机主绝缘耐压试验时，因该二个测点接地不良，造成击穿。
重新用水摇表测量#2发电机主绝缘（包括发电机出线部分、PT、励磁变高压侧等）：260MΩ，吸收比：1.6，极化指数：2.5，发电机主绝缘合格。
四、结论
发电机汇水管对地的电压降会影响发电机测绝缘工作，当汇水管对地的电压大于200mV时，应检查定冷水管进出水法兰安装情况，是否脏污，确定各测汇水管水温元件正常，绝缘合格；再进行对发电机内冷水进行换水质合格除盐水，以消除极化电势对发电机的影响，如果还不能排除，则要重点对测温元件的泄漏电流、传导电压进行排查处理，正常情况下，一般汇水管对地的电压会小于100mV。排查完后，可使用水摇表进行测量。如工期较紧，测试前，在汇水管与机座间外加一个反向电压，以抵消串入的直流电压，然后再进行测量。
参考文献：
[1] 杨世强，发电机汇水管绝缘异常原因分析及处理措施。电工技术，2019.5。
[2] 陶海泉，国产核级百万千瓦发电机交流耐压试验研究。中国科技纵横，2013.3。