任東濱，胡 波，張小俊，劉 偉

（東方電氣集團東方電機有限公司研試中心，四川 德陽 618000）

前言

介質損耗是絕緣材料的固有特性，采用相同絕緣結構、相同工藝生產(chǎn)的電機，應有相近似的介質損耗值，以此可判斷電機絕緣是否存在異?！，F(xiàn)在對單根線棒介質損耗有行業(yè)標準。由于發(fā)電機定子整機介質損耗受測試設備、測試方法和測試環(huán)境以及發(fā)電機絕緣結構等的影響，目前國內(nèi)外發(fā)電機行業(yè)還沒有統(tǒng)一的整機介質損耗標準，公開報道的試驗數(shù)據(jù)也很少。

我公司自2000年開始進行大型汽輪發(fā)電機定子整機介質損耗測試工作，積累了多種類型和容量發(fā)電機的介損測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并解決了很多測試過程中存在的問題。

本文重點介紹大型汽輪發(fā)電機定子整機介質損耗的測試原理、測試方法、影響因素、測試數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析，提出適合22kV級汽輪發(fā)電機定子整機介損要求。

1 介質損耗理論

1.1 介質損耗測試原理

介質損耗因數(shù)簡稱介損，是指在交流電壓下絕緣內(nèi)部有功損耗和無功損耗的比值。絕緣結構確定后，介損值是一個相對穩(wěn)定的電參數(shù)。測試介質損耗的傳統(tǒng)方法是采用高壓西林電橋。電橋的基本回路如圖1（a）所示，測試時在試品Z1上施加高電壓，調節(jié)電阻R3和電容C4使電橋平衡，即檢流計G的電流示數(shù)為0。當電橋平衡時，點B與點C的電位相等，此時各橋臂阻抗存在式（1）所示關系，經(jīng)推導可計算tanδ，如式（2）所示，δ角定義如圖1（b）所示。

圖1（a）也稱為西林電橋的正接法，即在汽發(fā)定子繞組引線上施加高電壓，從定子機座上取低壓測量信號，它要求定子機座必須對地絕緣，測試單根線棒、半成品定子、中小型電機等采用此方法。當電機定子機座無法對地絕緣（如安裝好的發(fā)電機定子），必須采用反接法進行測試，從高壓側取得測量信號，測試方法復雜且有一定的危險性。

1.2 介質損耗測試新方法

為解決高壓西林電橋在測試精度、功能、安全、簡易性等方面的缺陷，近年來國內(nèi)外多家公司研制開發(fā)出多款新型介損測試儀器，如 HV9003、LDSV-6、LDSV-7等設備，能夠滿足各型產(chǎn)品的測試要求。特別是針對定子機座接地條件下的大型汽輪發(fā)電機定子整機介質損耗的反接法測試，利用光電耦合器件在高壓線路上采集電流、相位等數(shù)據(jù)，比較參考回路和測試回路的電流數(shù)值和相位差異并計算出試品的介損值（也稱為相位比較法）。該方法的接線如圖2所示。

圖1 高壓西林電橋的原理圖

圖2 整機介質損耗的反接法測試線路

1.3 整機介質損耗的影響因素

相對于單根線棒的介損測試，整機介損測試更加復雜，容易受到更多因素的影響。

1.3.1 環(huán)境溫度

一般來說，溫度越高，絕緣內(nèi)部電導電流和絕緣表面泄漏電流越大，則整機介損越大。

1.3.2 環(huán)境濕度

濕度較高時，絕緣表面可能吸附潮氣并形成一層不連續(xù)的水膜，引起介損測量值的變化，影響測試準確性。

1.3.3 電磁環(huán)境

因為整機介損采用兩電極測量系統(tǒng)，即整個定子暴露在環(huán)境電磁場下，無法進行有效的屏蔽，因此對試驗設備和試驗回路的抗干擾性能也提出了較高要求。

1.3.4 測試回路

測試回路，包括測試設備、電源質量、測試方法、測試流程、接線方式等均可能對測試結果造成一定的影響。

1.3.5 絕緣結構和絕緣材料

測試時繞組引線為高壓極，定子機座和鐵心為測量電極，此時槽內(nèi)絕緣結構和絕緣材料對測量結果產(chǎn)生影響，而且繞組端部污穢情況會對測量結果產(chǎn)生影響。

2 整機介損測試數(shù)據(jù)

應客戶要求，公司自2000年開始使用2801高壓西林電橋、HV9003介質損耗測試儀、LDSV -6介損局放測試儀等設備測試汽發(fā)定子整機介質損耗。22kV汽輪發(fā)電機（容量600MW-700MW）整機介損測試結果見表 1～3。

2.1 幾點說明

（1）采用兩電極測量系統(tǒng)測試整機介損。

（2）整機介損測試以一相繞組為測試對象，所有測試數(shù)據(jù)取自升壓過程。

（3）繞組通水測試時，按相關標準進行修正。

2.2 整機介損測試結果

表1 2801電橋整機tanδ測試結果 %

表2 HV9003測試儀整機tanδ測試結果 %

2.3 升壓、降壓過程整機介損測試數(shù)據(jù)

在升壓和降壓過程中，相同電壓下介損值不同，如圖3所示。

圖3 升降壓過程整機介損測試結果

2.4 正接、反接條件下測試數(shù)據(jù)

使用不同的接線方法測試同一臺電機整機介損，結果如圖4所示。

圖4 正接、反接條件下整機介損測試結果

表3 LDSV-6測試儀整機tanδ測試結果 %

3 對整機介損測試結果的數(shù)值分析

3.1 整機介損整體趨勢

整機介損測試結果如圖5所示，隨著電壓升高，整機介損測量值逐漸增大。

圖5 22kV級汽發(fā)定子整機介損結果

3.2 在0.2Un電壓下整機介損分析

在0.2Un電壓下，整機介損最大值為2.83%，最小值為 0.79%，平均值為 1.17%。tanδ數(shù)值主要分布在0.70%～1.40%之間，在 1.5%～2.8%之間有少量分布，數(shù)據(jù)總體分布呈不對稱狀態(tài)，如圖6所示。

圖6 在0.2Un電壓下整機介損測量值分布情況

3.3 在0.6Un電壓下整機介損分析

在該試驗電壓下，整機介損最大值為 3.19%，最小值為1.40%，平均值為1.96 %。

介損測試結果分布頻數(shù)如圖7所示，數(shù)值主要分布在1.60%～ 2.40%之間。在2.5%～3.0%之間有少量分布，數(shù)據(jù)總體分布呈不對稱狀態(tài)。

圖7 在0.6Un電壓下整機介損測量值分布情況

3.4 在1.0Un電壓下整機介損分析

在1.0Un電壓下，整機介損最大值為4.20%，最小值為 1.80%，平均值為 2.85 %。數(shù)值主要分布在2.50%～4.0%之間，整機介損值分布情況如圖8所示。

圖8 在1.0Un電壓下整機介損測量值分布情況

3.5 介損增量Δtanδ分布范圍

用 Δtanδ1代表 tanδ0.6Un與 tanδ0.2Un的差值，Δtanδ1分布情況如下：最大值為1.20%，最小值為0.28%，平均值為0.74 %。Δtanδ1分布情況如圖9所示。

用 Δtanδ2代表 tanδ1.0Un與 tanδ0.6Un的差值，其分布情況如下：最大值為2.0%，最小值為0.30%，平均值為0.99%。Δtanδ2分布情況如圖10所示。

總體而言，在高中物理解題思維訓練中，教師要善于引導通過解題來鍛煉多種思維技能，多歸納、多總結，針對不同題型來尋找更合適的解題思維，強化解題能力.另外，物理題在解題方法上，我們同學們要在平時加以訓練，突出解題思維的啟發(fā)，掌握更多解題技巧.

4 對整機介損測試結果的幾點分析

由圖6～8可知，介損測量值有一個相對集中的區(qū)域與一個偶然分布區(qū)域。這是因為現(xiàn)場試驗時，整機介損測試采用二電極系統(tǒng)，定子放置在定子總裝現(xiàn)場，周圍有天車、車床、焊機等電器設備，電磁干擾很大，而且無法進行有效屏蔽。各種干擾信號疊加在測量信號上，影響測試結果的準確性。特別是在較低試驗電壓下，測量信號較小，受到影響更大。

圖9 整機介損增量Δtanδ1分布情況

圖10 整機介損增量Δtanδ2分布情況

對于同一臺電機來說，不同接線方式的測試結果也會不同，一般來說正接法測試結果要大于反接法測試結果。這是因為正接法從低壓側取得信號，信號強度較小，用同軸屏蔽電纜傳輸至設備，易于被干擾；而反接法從高壓側取得信號，信號強度較大，轉換成光信號后用光纖傳輸至設備，光信號不易被干擾。因此，當測試條件許可時，應盡量采用反接方式，從高壓側取信號，用光纜傳輸至測試設備。

定子整機介損在升、降壓過程中得到的數(shù)值也有一定差異。在升壓過程中，當外施電壓超過繞組絕緣起始放電電壓（PDIV）時，發(fā)生局部放電并產(chǎn)生有功損耗，引起整機介損的增加。在降壓過程中，當外施電壓低于繞組絕緣起始熄滅電壓（PDEV）時，局部放電消失，引起整機介損的降低。一般來說，PDIV大于PDEV。因此，降壓過程的介損數(shù)值大于升壓過程的介損數(shù)值。22kV級繞組的局部放電（PD）實測值如圖11所示。

綜上所述，對于22kV汽輪發(fā)電機定子整機介質損耗（絕緣結構為多膠模壓線棒且定子槽內(nèi)半導體墊條），通常的實測數(shù)據(jù)范圍如式（3）所示。

測試時注意事項：

測量整機介損，應特別注意降低環(huán)境干擾，盡量避免大型電器設備干擾。建議選擇晚上或節(jié)假日進行整機介損測試。

圖11 22kV級繞組的PD實測值

對于采用諧振變壓器的高壓設備，測試前應帶負載先施加1次高壓，該電壓應不低于最高測試電壓，以便于設備調諧；同時該過程也相當于對試品做1次交流耐壓預防性試驗，避免發(fā)生安全事故。

測試時，環(huán)境濕度應不大于60% ，盡量避免在陰雨天氣進行試驗。

5 結束語

IEC、IEEE等國際標準雖然規(guī)定了定子整機介質損耗的推薦方法，但是并未規(guī)定整機介質損耗的考核標準。本文通過對多臺22kV級汽輪發(fā)電機分相定子整機的介損測試數(shù)據(jù)的整理和分析，找出了整機介損的分布范圍和分布特點，為下一步制訂整機介損標準打下了基礎。同時有利于滿足眾多涉外項目的技術要求，對國內(nèi)發(fā)電設備制造行業(yè)的發(fā)展具有一定的積極意義。

[1]IEC 60894-1987，Guide for Test Procedure for the Measurement of Loss Tangent of Coils and Bars for Machine Windings[S].

[2]IEEE Std 286-2000, IEEE Recommended Practice for Measurement of Power Factor Tip-Up of Electric Machinery Stator Coil Insulation[S].