0   引言

西门子QFSN-1100-4型百万千瓦发电机采用的是汇水管通过地线接地的形式，共有总进水管、总出水管及套管出水三个汇水管。某核电厂在机组停机大修期间，发现总进水管绝缘低、总出水管绝缘为0的异常情况。水管正常运行期间为接地状态，如果出现绝缘低甚至绝缘为0的情况，则说明有另一接地点，在运期间变成两点接地，将严重影响发电机的正常运行。最终导致机组降功率甚至停机检修。本文通过对该缺陷进行系统性研究，提出解决方案，并进行措施验证。

1  系统和设备简介

核电厂百万千瓦发电机由于容量较大，冷却效果要求高，因此定子线棒是由实心股线和空心导线交叉组成，如图1所示，空实心铜线之比为 1:2，均包有涤纶丝玻璃丝烧结绝缘层。线棒中的空心导线就是通过冷却水来进行冷却的。发电机定子冷却水系统进入定子内部后，分为总进水管、总出水管以及出线盒内出水汇流管。汇水管负责将流入定子线棒的冷却水进行分配、收集。将定子线棒在发电过程中产生的热量通过循环冷却水带走。

图1

在设计时，定子线棒不通水情况下，水回路汇水管对地设有绝缘，通过进出水法兰绝缘、排污法兰绝缘、定子线圈与汇水管之间的绝缘引水管绝缘以及支撑座的绝缘共同形成。整个汇水管布置如图2、图3所示。在机组正常运行时对汇水管全部进行接地。用发电机水内冷专用摇表测量发电机定子绕组绝缘电阻时，要求总进、出水管以及出线盒出水汇流管对地绝缘电阻需要大于20K欧，而在做绕组耐电压试验时又要求把它们接地；因此为了试验时方便，在接线端子板上各设有接地接线柱，方便总进、出水汇流管及出线盒内出水汇流管对地绝缘或接地之用。

图2

2  原因分析

2.1 现场汇水管管线布置

某核电厂励端总进水管布置如图3所示，总进水管由9个支撑块（如图4）进行支撑固定，每个支撑块结构均为绝缘结构，汇水管顶部有进水法兰，底部有出水法兰。法兰通过金属螺栓连接，法兰密封结构为中间聚四氟乙烯板开槽，槽内安装密封胶条进行密封。且每个法兰均有环氧板及螺栓绝缘套，确保汇水管对地绝缘满足要求。总出水管布置及固定方式与总进水管一致。

图3

出线盒汇流管安装在发电机出线盒内部，通过环氧支撑块以及玻璃丝带绑绳捆绑固定，在出水管处有法兰连接，法兰通过金属螺栓连接，法兰密封结构为中间聚四氟乙烯板开槽，槽内安装密封胶条进行密封。且每个法兰均有环氧板及螺栓绝缘套，确保汇流管对地绝缘满足要求。

图4

根据参考电厂的反馈，在电厂某轮此大修中，使用万用表对总进水管、总出水管、汇流管进行绝缘测量，发现总进水管绝缘为0.5MΩ，总出水管为20MΩ，汇流管绝缘为1KΩ。由此可见，在机组停机后，出现了总进水管以及汇流管绝缘低问题。

2.2 汇水管绝缘低可能的原因

2.2.1 环境湿度大

发电机汇水管安装于发电机内部，当发电机开口并处于较大湿度环境下时，外部受潮，水汽会附着在汇水管表面，以及空气中的灰尘或污物积聚在绝缘部件上，导致绝缘电阻降低降低了绝缘性能。
2.2.2 汇水管内部残留较多冷却水
测量汇水管绝缘前需要对定子线棒进行吹扫，确认内部吹干后才进行绝缘测量，如吹扫工作未彻底，导致汇水管内部、绝缘法兰过渡区域存在残流水，并且残留水经过氧化或其它因素，使水的导电性增强，导致绝缘电阻下降。
2.2.3绝缘材料老化损坏

发电机汇水管在安装过程中，包括连接法兰、支撑座、绝缘引水管安装都是使用了绝缘材料。如果材料的绝缘层出现裂缝、破损等情况，无法起到良好的绝缘作用。比如安装在法兰螺栓内的绝缘套如果出现裂缝破损，则直接会接触到金属法兰，导致绝缘低。

2.2.4 安装不当

在汇水管安装时可能少装或漏装绝缘套管，导致绝缘性能下降。例如，发电机定子冷却水系统进水水管与汇水管连接法兰、汇水管支撑座固定螺栓绝缘套筒等。

3 处理措施

根据检修现场绝缘测量结果，对汇水环绝缘低位置进行排查，主要通过如下几方面进行排查验证，最终找到绝缘薄弱点并进行处理，解决绝缘低缺陷。下面对处理方案进行介绍。

3.1 湿度大导致汇水管受潮

现场再次对汇水管绝缘进行复测，结果如下：总进水管绝缘为0.45MΩ，总出水管为37MΩ，汇流管绝缘为1.2KΩ。将发电机人孔门打开后，进入发电机内部，使用酒精白布对总进水管表面进行清洁。擦除表面所有灰尘及油污、以及潮湿空气附着在上面的水雾。而后使用压缩空气进行吹扫，持续对汇水管整体吹扫后再次进行绝缘测量。结果如下：总进水管绝缘为0.46MΩ，总出水管为54MΩ，汇流管绝缘为1.4KΩ。通过试验结果分析得知，汇水管绝缘低原因并不是表面湿度大导致。

3.2 汇水管绝缘部件老化或缺失

再对汇水管表面完成清洁后，检查汇水管说有绝缘部件，发现汇水管支撑绝缘部件外观完好，并没有缺失情况，并且裸露在外的汇水管支撑绝缘部件均比较光滑发亮，并不存在老化情况。再进一步，对发电机内部总进水管汇水环连接的三个法兰螺栓，依次拆除，每拆除一个螺栓，测量一次绝缘。所有16个螺栓拆除一遍后，测量的16个绝缘数据，均在0.4MΩ-0.5MΩ之间波动。再次说明总进水管绝缘低原因不在于绝缘部件问题。

明确绝缘部件绝缘正常后，针对汇水管绝缘低原因排查仅剩下汇水管法兰聚四氟乙烯垫片内部受潮原因。现场逐个拆除汇水管法兰，由底部垂直方向两个法兰开始拆除，将聚四氟乙烯垫片取出后，发现垫片内部干燥，无残流水痕迹。在法兰垫片拆除情况下，对汇水管绝缘进行测量，结果仅为0.49MΩ。将垂直法兰垫片回装后，拆除顶部水平法兰聚四氟乙烯垫片，在拆除过程并无残留水流出，但取出垫片后检查发现，垫片两侧法兰内部残留有较多水分，且垫片内圈明显湿润。使用酒精白布对法兰内部清洁并使用压缩空气进行吹扫后，重新回装法兰垫片。对汇水管绝缘进行测量，结果上升至89MΩ，绝缘值明显上升，进水管绝缘薄弱点确定。

3.2 安装不当

针对汇流管绝缘检查，通过压缩空气吹扫以及表面采用酒精白布擦拭均无效果后（绝缘测量仅为0.8KΩ）。检查汇流管结构，在发电机内部并无法兰连接结构，且汇流管通过绝缘支撑块进行支撑，检查现场支撑块完好。

对汇流管进出水法兰进行检查发现，该法兰为绝缘法兰，可采用进水管薄弱点查找方式，一次拆除法兰螺栓进行绝缘测量。在拆除第一个螺栓后发现，该螺栓并未采用环氧的绝缘套，而是仅用热缩套对螺栓进行热缩。拆除螺栓后进行压缩空气吹扫，重新测量绝缘，结果为58MΩ。绝缘值明显提升，由此可见，汇流管绝缘薄弱点在此，热缩套虽然有绝缘功能，但因该热缩套长时间运行，出现老化，导致绝缘性能降低，通过潮气与法兰接触，导致绝缘值低。

4 结束语

百万千瓦发电机汇水管绝缘低关系到电厂的安全问题运行以及发电机使用寿命。绝缘低问题分析及对应处理措施的选择，需要从绝缘低的现状以及当时机组停机后所处的状态进行分析判断。进一步通过设备安装结构、安装特点以及是否有特殊工件进行综合判断，从而准确找到绝缘薄弱点，从根本上解决缺陷。文中根据设备结构处理绝缘低的原因分析及处理措施，可为同类型百万千万发电机组的故障处理提供借鉴。

参考文献

[1] 李胜帅,周青.水氢氢汽轮发电机汇水管绝缘阻值偏低的分析与处理[J].上海：电机技术，2018

[2] 刘郁,温俊泉.大型发电机汇水管绝缘异常的原因分析和处理措施.技术与市场，2018

[3] 席文飞，何勇，刘世欣，韩磊.600MW汽轮发电机组汇水管绝缘异常分析及处理.内蒙古电力技术，2011