閔靜怡

上海吳涇發(fā)電有限責任公司

發(fā)電機定子繞組直流耐壓試驗淺析

閔靜怡

上海吳涇發(fā)電有限責任公司

發(fā)電機是電力系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，文章主要介紹了發(fā)電機直流耐壓試驗的原理、方法、試驗結(jié)果判斷分析及實際工作中部分情況分析。

發(fā)電機；直流耐壓試驗；方法；分析

Abstract: Power generation is main part of electric power system. The article introduces principle, method and test results analysis of power generator DC withstand voltage test and part conditions analysis based on practical work.

Key words: Power Generator, DC Withstand Voltage Test,Method, Analysis

發(fā)電機是電力系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，它的可靠運行，直接影響發(fā)供電的質(zhì)量。發(fā)電機在制造過程中，絕緣可能受到損傷，在運行過程中，由于受到振動、發(fā)熱、電暈、化學腐蝕以及各種機械力作用，各個部件逐步老化，可能出現(xiàn)絕緣缺陷，為及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣缺陷，《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定發(fā)電機絕緣預(yù)防性試驗包括①定子繞組的絕緣電阻和吸收比。②定子繞組的直流耐壓及泄漏電流的測量。故此，發(fā)電機直流耐壓試驗作為一種發(fā)現(xiàn)發(fā)電機受潮、劣化及端部缺陷的有利方法，在生產(chǎn)現(xiàn)場得到大量運用。本文將具體講述發(fā)電機直流耐壓試驗的方法、各種外部因素對試驗過程的影響及在實際工作中具體事例的分析。

1 直流泄漏及直流耐壓試驗的原理及作用

直流泄漏的測量，在原理上和兆歐計測量絕緣電阻的性質(zhì)相同。只是直流泄漏試驗時在設(shè)備上施加的電壓較高，對于良好的絕緣，其漏導電流與外加電壓的關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 絕緣的伏安特性

從上圖可知，在預(yù)防性試驗中，測量泄漏電流時施加的電壓大都在A點以下，故對于良好的絕緣，其伏安特性近似為直線，而在絕緣有缺陷或受潮現(xiàn)象存在時，漏導電流將急劇增長，其伏安特性就不是直線了，因此可以通過測量泄漏電流來分析絕緣是否有缺陷或受潮。對于發(fā)電機來說，由于直流泄漏及直流耐壓試驗時，直流電壓的分布是按表面絕緣電阻分壓的，端部承受了較高的電壓，故直流試驗比交流耐壓更有效地發(fā)現(xiàn)發(fā)電機的端部缺陷。同時，由于直流試驗有著擊穿時對絕緣的損傷程度較小，所需的試驗設(shè)備容量也小的優(yōu)點，它們已成為發(fā)電機絕緣試驗工作中普遍而具有成效的方法。

圖2 對空冷、氫冷繞組和水冷繞組水路干燥或吹干時的直流泄漏試驗接線示意圖

2 發(fā)電機直流泄漏及直流耐壓試驗的方法

2.1 空冷、氫冷繞組和水冷繞組水回路干燥或吹干時的試驗接線圖（圖2）

由于試驗儀器的日益升級，目前一般使用直流發(fā)生器進行，微安表接于高壓端，要求輸出電壓高于試驗電壓，輸出電流大于繞組的泄漏電流，通常在0.5 mA以上，電壓脈動因數(shù)小于3%。在保證精度的前提下，可使用直流發(fā)生器自帶的電壓表（1.5級）和微安表（0.5級）。

2.2 水內(nèi)冷通水狀態(tài)下試驗接線圖（圖3低壓屏蔽法）

按試驗規(guī)程要求，水內(nèi)冷發(fā)電機直流泄漏試驗在試驗條件允許的情況下，應(yīng)在接近發(fā)電機運行狀態(tài)的情況下進行，以便檢查發(fā)電機的絕緣情況。由于試驗儀器的容量問題，過去，往往采用發(fā)電機匯水管內(nèi)水吹干做試驗，但是發(fā)電機水回路結(jié)構(gòu)比較復雜，難以將匯水管內(nèi)水吹干，引起發(fā)電機繞組對地絕緣不高，造成很難說明泄漏偏大是因為發(fā)電機本身絕緣問題還是由于匯水管的影響。而且，吹水過程占用大量的時間,影響了工期進程。因此，在情況允許的條件下，建議采用通水情況下進行試驗。

圖3是低壓屏蔽法測量通水繞組泄漏電流的試驗接線圖。

（1）對水冷繞組通水測量的儀器要求：

1）試驗變壓器：高壓側(cè)額定電壓通常高于試驗電壓1.2倍以上，容量通常為20 kVA；

2）調(diào)壓器：容量通常與試驗變壓器匹配；

3）高壓整流硅堆：額定整流電流通常大于1A，額定峰值電壓高于試驗電壓1.2倍以上；

圖3 低壓屏蔽法測量通水繞組泄漏電流的試驗接線示意圖

4）約1 μ F穩(wěn)壓電容C1；

5）0.5～5 μ F濾波電容C2；

6）約10 mH的濾波電感L;

7）空氣開關(guān)；

8）過電壓保護球隙；

9）限流保護電阻：通常選用水電阻，其值為0.1 ～ 1 Ω /V；

10）球隙保護電阻：通常選用水電阻，其值為 0.1 ～ 1 Ω /V；

11）直流電壓測量設(shè)備：可選用合適量程的高壓靜電電壓表，或合適變比的分壓器和合適量程的低壓電壓表，要求整體測量精度1.5級以上；

12）1塊0.5級微安表；

13）1塊1級毫安表。

（2）測試方法

1）根據(jù)相關(guān)規(guī)程和發(fā)電機的額定電壓確定試驗電壓，并根據(jù)試驗電壓和發(fā)電機容量選擇合適電壓等級的電源設(shè)備、測量儀表和保護電阻。

2）盡量在停機后清除污穢前熱狀態(tài)下進行，交接或處于備用時可在冷態(tài)下進行。

3）對水內(nèi)冷發(fā)電機匯水管直接接地者，應(yīng)在不通水和匯水管吹凈條件下進行試驗，試驗方法（包括設(shè)備、接線圖、步驟等）與空冷和氫冷發(fā)電機相同。

4）對水內(nèi)冷發(fā)電機匯水管有絕緣者，應(yīng)采用低壓屏蔽法接線。

（3）試驗步驟

1）轉(zhuǎn)子繞組在滑環(huán)處接地，發(fā)電機出口電流互感器二次繞組短路接地，埋置檢溫元件在接線端子處電氣連接后接地，對繞組進行充分放電。

2）按接線圖準備試驗，保證所有試驗設(shè)備、儀表儀器接線正確、指示正確。

3）記錄繞組溫度、環(huán)境溫度和濕度。

4）如低壓屏蔽法測量水冷繞組的泄漏電流，在空載條件下，按試驗電壓的1.05～1.1倍調(diào)整保護銅球間隙。

5）確認一切正常后開始試驗，先空載分段加壓至試驗電壓以檢查試驗設(shè)備絕緣是否良好、接線是否正確。

6）將直流電源輸出加在被試相或分支繞組上，從零開始升壓，試驗電壓按0.5 Un分階段升高，每階段停留1 min，并記錄每段電壓開始和1 min時微安表的電流值。

7）該相或分支試驗完畢，將電壓降為零，切斷電源，必須等到10 kV以下充分放電后再改變接線對另一繞組進行試驗或進行其他操作（特別是非水內(nèi)冷發(fā)電機）。

（4）安全措施

1）為保證人身和設(shè)備安全，要求必須在試驗設(shè)備周圍設(shè)圍欄并有專人監(jiān)護，發(fā)電機出線側(cè)和中性點側(cè)應(yīng)派專人把守防止無關(guān)人員誤人。試驗時試驗人員與看守人員通信要通暢，沒有試驗人員的命令看守人員不能亂動。負責升壓的人要隨時注意周圍的情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立刻斷開電源停止試驗，查明原因并排除后方可繼續(xù)試驗。

2）試驗設(shè)備的布置應(yīng)緊湊、連接線短，宜用屏蔽導線，接地線應(yīng)牢固可靠。

3）注意對試驗完畢的繞組必須充分放電。

4）試驗過程中，如發(fā)現(xiàn)泄漏電流隨時間急劇增長，或有絕緣燒焦氣味，或冒煙，或發(fā)生響聲等異?，F(xiàn)象時，應(yīng)立即降低電壓斷開電源停止試驗，將繞組接地放電后再進行檢查。

（5）試驗結(jié)果判斷依據(jù)

1）在規(guī)定的試驗電壓下，各相泄漏電流的差別不應(yīng)大于最小值的100%，最大泄漏電流在20 μ A下者，相間與歷次試驗結(jié)果比較，不應(yīng)有顯著的變化。

2）泄漏電流不隨時間的延長而增大。

3）任一級試驗電壓穩(wěn)定時，泄漏電流的指示不應(yīng)有劇烈擺動。

4）試驗過程中應(yīng)無異常放電現(xiàn)象。

（6）注意事項

1）對水內(nèi)冷繞組，泄漏電流測量值受內(nèi)冷水水質(zhì)的影響，因此試驗時冷卻水質(zhì)應(yīng)透明、純凈、無機械雜質(zhì)，電導率在20℃時要求：對開啟式水系統(tǒng)不大于5 μ S/cm，對獨立的密閉循環(huán)水為1.5 μ S/cm。

2）對氫冷發(fā)電機應(yīng)在充氫后氫氣純度為96%以上或排氫后含氫量在3%以下時進行，嚴禁在置換過程中進行試驗。

（7）電導率及匯水管絕緣對試驗結(jié)果的影響

低壓屏蔽法是將試驗電壓加在繞組和匯水管之間，繞組對地的泄漏電流通過地，再經(jīng)過微安表后回到匯水管，使繞組對匯水管電流與繞組對地電流分開，分別進行檢測，其泄漏電流測量值受內(nèi)冷水水質(zhì)及水的導電率影響很大，這直接影響到試驗儀器的容量配置和測量精度。表1為吳涇電廠機11發(fā)電機（型號：QFSN-300-2；生產(chǎn)廠家：上海電機廠）歷年試驗情況分析整理結(jié)果。

由表1可知，匯水管的絕緣電阻值及定子水的水質(zhì)對定子繞組本身的泄漏值沒有影響，僅對泄漏總電流也就是試驗儀器的容量產(chǎn)生影響，這就要求在試驗中力求提高匯水管絕緣及降低定子水導電率，根據(jù)吳涇電廠歷年工作經(jīng)驗，基本要求匯水管絕緣大于20 K Ω，定子水導電率小于1.2 us/cm.

3 直流泄漏及直流耐壓試驗結(jié)果分析

3.1 直流泄漏及直流耐壓試驗分析判斷

進行泄漏試驗時，如不注意充放電的時間，將給試驗結(jié)果帶來很大的誤差。一般發(fā)電機的容量較大，充放電的時間很長，甚至幾個小時，這在現(xiàn)場是有困難的。因此以較短的同一升壓速度分段加壓，停留時間以一分鐘為準，讀取微安數(shù)，試驗前預(yù)先放電 5 min（要大于充電時間），這樣分相測量比較、歷次比較、同型機組比較，才有價值。對其分析判斷如下。

（1）泄漏電流隨時間的增長而升高，說明高阻性缺陷和絕緣分層、松弛或潮氣侵入絕緣內(nèi)部。

（2）若電壓升高到某一階段泄漏電流的指示出現(xiàn)劇烈擺動，表明絕緣有斷裂性缺陷。大部分在槽口或端部絕緣離地近處，或出線套管有裂紋等。

（3）各相泄漏電流相差過大（超過 30%），但充電現(xiàn)象還正常，說明其缺陷部位遠離鐵心，在端部或套管臟污。

圖4 發(fā)電機定子繞組的典型泄漏電流曲線

表1 機11發(fā)電機直流耐壓試驗情況分析

（4）同一相，相鄰階段泄漏電流隨電壓升高不成比例上升，超過 20%，表明絕緣受潮或臟污。

（5）無充電現(xiàn)象，或充電現(xiàn)象不明顯，泄漏電流增大，這種現(xiàn)象大多是受潮、嚴重性臟污及明顯貫穿性缺陷。

3.2 案例分析

吳涇電廠機1、機2為上海電機廠早期600 MW機組，在試驗中多次發(fā)生絕緣擊穿，發(fā)電機定子繞組的典型泄漏電流曲線如圖4所示。

實際試驗情況，驗證了該曲線表示的各種情況。

在發(fā)電機直流試驗時，有時泄漏增大為絕緣擊穿的前兆，而有時是絕緣受潮引起，在機1、機2發(fā)電機試驗中，就出現(xiàn)過這兩種不同的情況。在進行機2發(fā)電機預(yù)試中，發(fā)電機A相在直流泄漏試驗時，電壓升到40 kV時發(fā)現(xiàn)泄漏電流直線增大，分析可能為發(fā)電機線棒擊穿，經(jīng)發(fā)電機抽轉(zhuǎn)子故障查詢，在發(fā)電機10號線棒槽口處發(fā)現(xiàn)擊穿；而同樣在機1發(fā)電機預(yù)試工作中， 發(fā)電機吹水準備進行直流耐壓試驗，期間發(fā)電機絕緣一直上不來，通水加熱后重新試驗，發(fā)電機定子B相直流試驗做到第四點時（40kV）直流泄漏開始向上攀升，電壓降下來測絕緣，絕緣有大輻度下降，開始以為系吹水原因造成，所以繼續(xù)吹水再做試驗，經(jīng)多次反復吹水試驗，發(fā)現(xiàn)B相絕緣始終在1 200～1 800兆歐間，而A、C兩相絕緣已攀升至4 000兆歐，泄漏電流攀升點也由原來的40 kV降到20 kV左右，按此分析可能B相絕緣有擊穿趨勢。但是，通過對發(fā)電機結(jié)構(gòu)及水回路等分析研究，認為B相結(jié)構(gòu)造成吹水難度大，還是吹水問題，后再通水加熱至70℃烘燥到6日吹水試驗，三相絕緣皆上升至3000兆歐左右，泄漏值在40 kV時最大為10 u Ω，試驗合格。因此，在試驗時不僅僅要根據(jù)試驗數(shù)據(jù)、同時要結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備的實際情況分析原因，以便更好的判斷設(shè)備狀態(tài)，要及時發(fā)現(xiàn)問題，也要避免增加不必要的工作。

直流耐壓試驗施加的高電壓相較絕緣電阻測量更易發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。在一次對發(fā)電機進行吹水狀態(tài)熱態(tài)試驗時，當時A相絕緣為2 000 /10 000 M Ω，B相絕緣為600 / 1 000 M Ω，C相絕緣為1 000 / 2 000 M Ω,考慮到吹水對絕緣的影響，對發(fā)電機進行直流試驗，情況如表2所示。

表2 在不同狀態(tài)下發(fā)電機直流試驗情況

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，A相的絕緣當時是最好的，但是在電壓較高的情況下瞬時擊穿，證明了直流耐壓試驗施加的高電壓更好的考驗了設(shè)備的絕緣狀態(tài)，而B相泄漏增大，原因還是由于為發(fā)電機結(jié)構(gòu)造成吹水不良引起。為了避免水回路的影響，對水內(nèi)冷發(fā)電機應(yīng)盡量提高匯水管對地絕緣，采用低壓屏蔽法進行試驗，以便于試驗結(jié)果的分析判斷。

后對發(fā)電機解體檢查，發(fā)現(xiàn)A相線棒端部處擊穿，在拆除A相故障線棒,清理剩余線圈后進行試驗，結(jié)果見表3。

表3 發(fā)電機直流耐壓試驗與交流實驗結(jié)果

4 結(jié)論

由于直流泄漏和直流耐壓試驗時，作用于繞組絕緣的電壓是按電阻分壓的，在端部絕緣上的壓降較大，故能有效地發(fā)現(xiàn)端部缺陷，從電源吸取的電流很小，所需的試驗變壓器容量就大大縮小。直流耐壓時，絕緣介質(zhì)損耗較交流小，故對絕緣的積累效應(yīng)小?？梢岳眯孤╇娏髋c電壓的關(guān)系曲線，分析絕緣有無受潮或其他缺陷。直流試驗在比較高的溫度下能更有效的發(fā)現(xiàn)缺陷。

Study on DC Withstand Voltage Test of Power Generator Stator Winding

Min Jingyi
Shanghai Wujing Power Generation Co,,Ltd

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.09.011