毛穎清

(杭州華電半山發(fā)電有限公司,浙江杭州 310015)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的大力發(fā)展,系統(tǒng)內(nèi)進口300～600MW氫冷發(fā)電機組日漸增加。這些發(fā)電機組絕緣材料基本都是環(huán)氧-云母材料,國內(nèi)三大電機廠自行生產(chǎn)的600～1000MW發(fā)電機也是采用這類絕緣材料取代原有的瀝青浸膠與烘卷云母絕緣。由于國外制造廠在發(fā)電機生產(chǎn)制造中執(zhí)行其本國標準(如GE公司產(chǎn)品都采用ANSI)或IEEC,和國內(nèi)標準難免有所不同,造成安裝調(diào)試、故障責任認定和追究及日后絕緣監(jiān)督工作中的分歧。杭州華電半山發(fā)電有限公司2004年引入3臺美國GE公司生產(chǎn)的390MW機組,使用靜態(tài)勵磁﹑三相星形連接的390H型氫冷發(fā)電機。在機組安裝后,發(fā)電機電氣交接試驗與預試安排與國內(nèi)發(fā)電機有較大不同,需要對相關標準和試驗內(nèi)容進行分析并結(jié)合技術(shù)合同的實際情況才能作出選擇。本文用GE公司提供的相關標準和說明與國內(nèi)標準進行比較,從試驗內(nèi)容和原理方面進行分析,結(jié)合具體情況給出選擇建議。

1 中、美標準介紹

目前,我國電氣設備電氣絕緣監(jiān)督工作與電氣高壓試驗主要參照2個標準。電力系統(tǒng)交接電氣試驗以GB50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》為依據(jù)執(zhí)行,其中關于發(fā)電機定子絕緣工作部分3.0.1(1.4)為強制性條文,在投運前要求必須進行下列試驗項目:測量定子繞組的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)定子;繞組交流耐壓試驗。另一個標準為DL/T596—1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》,該標準在總則范圍中寫明:從國外進口的設備應以該設備的產(chǎn)品標準為基礎,參照本標準執(zhí)行。其中關于發(fā)電機定子繞組絕緣的部分為:測量定子繞組的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)(1年或小修后,大修前后);直流泄漏和直流耐壓試驗(1年或小修后,大修前后或更換繞組后);交流耐壓試驗(10kW,18kV以上的發(fā)電機試驗電壓與廠家協(xié)商;試驗在大修時更換繞組后進行)。當時運行發(fā)電機的絕緣材料大多采用瀝青浸膠與烘卷云母絕緣,部分新投產(chǎn)的發(fā)電機采用環(huán)氧云母絕緣材料。

GE公司提供的發(fā)電機定子繞組絕緣要求是根據(jù)美國ANSI標準制訂的,其中將發(fā)電機定子試驗分為2種類型:驗證性試驗和分析性試驗。驗證性試驗就是耐壓試驗(破壞性試驗),有工頻交流耐壓、低頻交流耐壓和直流耐壓3種試驗方法。其中,最為有效的是工頻交流耐壓試驗,試驗電壓見表1(表中,U為發(fā)電機額定線電壓的有效值)。

分析性試驗又分推薦性和自選性2類。推薦性試驗為絕緣測量和吸收比或極化指數(shù)、直流泄漏試驗。自選性試驗為介損、局部放電、電暈啟動電壓(根據(jù)實際情況需要進行選擇)。試驗時間為:在定期檢修時,近端發(fā)生暫態(tài)故障受沖擊后,發(fā)出過電壓涌流后。GE公司方面給出的390H氫冷機組的檢修周期為:發(fā)電機持續(xù)運行30000h后進行大修。

表1 試驗電壓

2 中、美標準差異與分析

在對比后,發(fā)現(xiàn)美方與國內(nèi)在氫冷發(fā)電機電氣試驗方面的差異主要集中在工頻交流耐壓試驗和直流耐壓與直流泄漏試驗上。

2.1 工頻交流耐壓試驗

工頻交流耐壓試驗是最有效的絕緣檢測手段,但會破壞試品絕緣,在這點上雙方觀點一樣,唯一的區(qū)別是在交接時和更換繞組前是否進行試驗。

GB50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中提出:6MW發(fā)電機安裝投運前必須進行工頻交流耐壓(工頻諧振耐壓法也可以)試驗,電壓與制造廠協(xié)商確定。這樣可以發(fā)現(xiàn),在運輸、庫存放置、安裝過程中由振動、受潮等因素產(chǎn)生絕緣損壞,避免在投產(chǎn)后故障引起非計劃停運而對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。而GE公司認為,發(fā)電機在出廠時已經(jīng)按ANSI標準執(zhí)行過工頻交流耐壓試驗(試驗電壓要比大修時的值高40%),在投運前再次進行試驗對絕緣有損壞,不同意進行試驗,如果用戶一定要進行試驗(試驗電壓按出廠試驗電壓的70%進行),其對日后在包修期內(nèi)發(fā)生發(fā)電機絕緣故障不承擔責任,由用戶自行承擔費用。

在更換繞組前GE公司提出需要試驗,我國的預防性試驗規(guī)程則沒有要求進行試驗。但發(fā)電機發(fā)生故障需要更換繞組時,一般都會進行工頻耐壓試驗來確認故障線棒,有可能發(fā)現(xiàn)其他繞組絕緣薄弱的部分。試驗電壓見國內(nèi)電機制造廠新線棒下膛前膛內(nèi)老線棒交流耐壓,國內(nèi)規(guī)程在這點上沒有指出,但國內(nèi)電機制造廠都給出了自己的廠家標準。因此,在現(xiàn)場實際工作中,還是會在更換繞組前進行耐壓試驗。

2.2 直流耐壓與直流泄漏試驗

直流耐壓與直流泄漏試驗能有效地發(fā)現(xiàn)端部絕緣損壞及受潮現(xiàn)象。由于發(fā)電機端部引線物理結(jié)構(gòu)不是均勻分布,在直流高壓電場作用下端部彎曲部分等產(chǎn)生的不均勻電場強度高,故較容易發(fā)現(xiàn)絕緣薄弱處。

GE公司把直流耐壓試驗列為絕緣驗證試驗之一,認為工頻交流耐壓、0.1Hz的低頻交流耐壓(國內(nèi)這種試驗方法已經(jīng)日益增多)與1.7倍工頻交流耐壓值(模擬交流峰值)的直流耐壓(2.25倍的額定線電壓)三者結(jié)果都能認可(當然工頻交流耐壓最有效)。而國內(nèi)直流耐壓與直流泄漏試驗一般同時進行,交接時試驗電壓為3U(國家標準),完全更換繞組時為3U,部分更換繞組時為2.5U,大、小修前后時為2U。試驗時采用0.5U的步長升壓并記錄泄漏電流。國內(nèi)的預防性規(guī)程要求發(fā)電機每年都要進行直流泄漏和耐壓試驗,但GE公司并不這么認為,主要原因如下:

(1)目前GE公司生產(chǎn)的氫冷發(fā)電機,定子繞組的絕緣材料是環(huán)氧粉云母,云母絕緣系統(tǒng)由幾層半重疊式包在線棒上的云母帶組成,然后在真空下烘干并浸漬環(huán)氧樹脂,在線棒浸漬以后,再在壓模中裝夾成所需要的形狀,放在烘爐中固結(jié)。云母絕緣系統(tǒng)是定子線棒絕緣的主“對底絕緣層”。由上述方法形成的產(chǎn)物,在整個運行溫度范圍內(nèi)具有較高的抗拉強度,是一種高密度、高絕緣強度系統(tǒng)。因此,GE公司認為,定子絕緣采用這種材料和工藝基本上不吸潮,不會產(chǎn)生由水分引起的泄漏電流。

(2)鐵心部分的線棒外包一層玻璃絲保護帶,以保護線棒云母帶絕緣層在槽中免受磨損。用一種弱導電性的物質(zhì)浸透,可防止槽部放電和減少電暈放電。線棒的端部線匝用玻璃纖維綁帶緊緊捆牢,綁帶支承在壓制的夾布膠木支承上。玻璃纖維綁帶、齒壓板等都用熱凝樹脂黏結(jié)住。電樞導體組件由壓到燕尾槽中的膠木楔塊固定在線圈槽中。這種固定工藝使發(fā)電機開機和故障電流產(chǎn)生的電動力對端部絕緣的磨損減小。如果端部有明顯的位移和磨損,打開端蓋時目測也會發(fā)現(xiàn)問題。同時,由于發(fā)電機定子繞組采用的是氫氣冷卻,氣體相當干燥,繞組不易受潮,即使絕緣中存在故障,在非常干燥的氣體中也不會有明顯的泄漏電流。因此,直流泄漏試驗將可能無法判斷出氫冷發(fā)電機的線圈故障。

因為絕緣在正常情況下不易受潮,進行直流測試意義不大,所以,GE公司堅持在保修期內(nèi)不進行直流泄漏和直流耐壓試驗,認為進行直流高壓試驗會影響絕緣,同時直流泄漏試驗無法有效判斷出氫冷發(fā)電機的線圈故障。

3 結(jié)論

(1)在交接投運時,GE公司提供了出廠工頻交流耐壓試驗報告,同時考慮經(jīng)濟因素,交接時未進行工頻耐壓試驗和直流泄漏與直流耐壓試驗。

(2)發(fā)電機每年停機小修時,定子繞組不做直流泄漏和直流耐壓試驗。如發(fā)電機在運行中受到暫態(tài)故障、過電壓涌流后,需做直流泄漏和直流耐壓試驗進行絕緣分析。

(3)測量發(fā)電機定子繞組絕緣和極化指數(shù),認真積累發(fā)電機定子的極化指數(shù)和絕緣數(shù)值,是氫冷發(fā)電機定子絕緣工作的重點。