發電機定子改造中的絕緣試驗

蔣 蒴

(國電大渡河流域水電開發有限公司檢修安裝分公司，四川樂山 614900)

1 概述

定子繞組是發電機的重要部件，繞組的絕緣應具有規范要求的耐熱等級、足夠的介電強度、優良的機械性能和良好的工藝性，并在規定的運行期間內其性能不能下降到影響發電機安全運行的水平。如果定子在生產、運輸保管或安裝過程中出現缺陷，發電機投運后將會發生過熱或線圈擊穿事故，造成巨大的經濟損失。因此，對發電機定子實施絕緣監督至關重要。

2 龔嘴水力發電廠定子繞組絕緣監督過程

龔嘴水力發電廠定子增容改造工程中，定子繞組絕緣監督全過程主要由外觀檢查、線棒下線前后絕緣試驗、整體繞組試驗及故障處理等環節組成。

2．1 外觀檢查

發電機定子繞組十分嬌貴，工藝要求十分嚴格，在運輸保管過程中易發生各種損壞現象。因此，很有必要對其進行開箱檢查，及早發現線棒是否有變形、破損、受潮等缺陷。如有上述現象，應及時向生產技術部反映，由施工安裝單位提出處理措施并進行處理后方可進行驗收。

2．2 發電機定子線棒試驗

2．2．1 定子線棒下線前試驗

定子線棒下線前試驗包括絕緣電阻測試、交流耐壓試驗、起暈試驗、介損測量等項目。

(1)線棒絕緣電阻測試。

①試驗目的。

絕緣電阻測試主要是檢查線棒的絕緣狀況，如受潮、絕緣損壞、裂紋等貫穿性缺陷，是判斷線棒是否合格的重要指標之一。

②試驗標準。

應使用2 500 V兆歐表進行測量，要求冷態下每根線棒的絕緣電阻不得小于5 000 MΩ。絕緣測試結果見表1。

表1 定子線棒下線后(不合格)槽電位試驗記錄表

(2)線棒交流耐壓試驗。

①試驗目的。

交流耐壓試驗是檢測線棒質量中一道嚴格的工序。主要考驗線棒的抗電強度，保證其在運行電壓下的絕緣水平，發現集中性的局部缺陷，如局部損傷、受潮、氣泡等。交流耐壓試驗是一種破壞性試驗，對線棒的損壞具有累積效應。因此，應嚴格控制耐壓次數，延長線棒使用壽命。

②試驗標準。

試驗電壓為2．75倍額定電壓加 2．5 kV。即:Us=2．75 ×15．75+2．5=45．8(kV)

耐壓時間為1 min，耐壓過程中不應出現閃絡放電及絕緣擊穿(破壓)現象。

(3)線棒起暈試驗。

①試驗目的。

定子繞組的絕緣在運行電壓下常在絕緣內部的空隙中、槽口、通風道附近和端部的絕緣表面產生電暈放電現象。電暈放電產生腐蝕和化學降解，導致絕緣性能裂化直至損壞，是促使發電機絕緣迅速老化的重要原因之一。絕緣的耐電暈性能對定子繞組的長期安全運行有重要影響，是發電機絕緣的重要性能指標。應測量單根線棒的起暈電壓，檢查線棒防暈層(半導體層)有無破損。如起暈電壓低于標準要求，將會在運行電壓或過電壓的作用下產生電暈放電，引起嚴重的電暈損耗，對線棒絕緣產生電腐蝕，損壞線棒絕緣。

②試驗標準。

要求抽查全部線棒總數的10%(106根)并進行起暈試驗，起暈電壓應大于23．6 kV。

(4)介質損耗測量。

①試驗目的。

介質損耗測量主要是檢測線棒是否存在絕緣老化、臟污等整體絕緣缺陷，對單根線棒還可發現絕緣內部是否發空或存在較大的氣隙等局部缺陷，亦是判斷線棒質量的輔助指標。

②試驗標準。

單根線棒tgδ測量試驗電壓可取0．2 Un、0．4 Un、0．6 Un、0．8 Un、1 Un，最高可取 1．5 Un，應根據試驗設備的不同選取試驗電壓。設備最高試驗電壓為 10 kV 時取 0．2 Un、0．4 Un、0．6 Un，其分別對應的電壓為3．15 kV、6．3 kV、9．45 kV。根據現場試驗設備情況，分別選取介損測量試驗電壓為:3 000 V、6 000 V、9 500 V。要求 tgδ值不大于2．5%。

2．2．2 定子線棒下線后試驗

定子線棒下線后試驗包括絕緣電阻測試、交流耐壓試驗、槽電位試驗等項目。

(1)絕緣電阻測試。

①測試目的。

下線后線棒絕緣電阻測試可以檢定線棒的受潮程度;判斷相間絕緣及對地絕緣是否存在貫穿性的局部絕緣缺陷。只有在絕緣電阻合格后方可進行交流耐壓試驗。

②試驗標準。

應使用2 500 V兆歐表，絕緣電阻應大于200 MΩ。

(2)交流耐壓試驗。

①試驗目的。

下線后的交流耐壓試驗是發電機定子線棒絕緣監督過程中又一道重要工序。通過交流耐壓試驗，可以檢查出線棒安裝過程中是否損壞線棒絕緣、線槽內有異物、線棒臟污等缺陷，從而保證施工工藝及質量。

②試驗標準。

下層線棒下線后試驗電壓為2．5倍額定電壓加2 kV，即:

Us=2．5 ×15．75+2=41．375(kV)

上層線棒下線后試驗電壓為2．5倍額定電壓加1 kV，即:

Us=2．5 ×15．75+1=40．375(kV)

試驗時間為1 min，耐壓過程中不應出現閃絡放電及絕緣擊穿現象。

(3)定子線棒槽電位試驗。

①試驗目的。

根據《電氣設備預防性試驗規程》及《東方電機股份有限公司龔站4#發電機定子線棒工地下線工藝守則》規定，發電機定子線棒下線后，應對發電機定子線棒進行槽電位試驗，以檢查發電機槽部定子線棒絕緣外表面和槽壁之間以及防暈層和主絕緣之間的電腐蝕情況。檢查出定子線棒槽部絕緣外表面與槽壁之間的接觸情況是否良好，以防止運行中由于電腐蝕而損傷絕緣。

②試驗標準。

③槽電位測試原理見圖1。

④試驗結果分析。

定子線棒下線后，各槽線棒絕緣電阻為1 000～3 000 MΩ，交流耐壓無放電及絕緣擊穿現象。上、下層線棒各測試槽電位1 056槽，其測試結果見表1。測試中發現有18槽的槽電位大于標準(標準為5 V)，通過進一步試驗確認在這18槽中，有7槽是因試驗人員使用的測試方法所致。根據東電定子現場下線工藝要求，定子線棒在下線前，每一根線棒均要包裹半導體槽襯，且每根線棒槽接縫處均用醫用白膠帶(約10～20 mm2)粘貼，而此處的槽電位較高;另外，有11槽槽電位過大的原因是槽隙松動或槽襯隆起，進而導致槽電位增大。

圖1 槽電位測試原理圖

⑤槽電位超標的處理。

將原來槽襯接縫處的白膠布去掉，同時打緊槽隙，并將槽襯處理平整。再次對槽電位不合格的線棒進行試驗，測得其槽電位均小于5 V，滿足《龔站4#發電機定子線棒工地下線工藝守則》的規定。

3 定子繞組整體試驗

定子繞組整體試驗包括直流電阻測試、直流耐壓及泄漏電流試驗、定子繞組交流耐壓試驗等項目。

(1)定子線圈直流電阻(接頭的接觸電阻)測試。

①試驗目的。

下線完畢及各相線棒接頭焊接完畢，對各相線棒接頭和各相繞組及每一分支進行直流電阻測試，檢測線圈股線是否有斷股，確保焊接質量，防止連線錯誤，確保機組運行過程中各接頭溫度處于正常范圍。

②試驗標準。

使用變壓器快速直阻儀或電流電壓法測量，排除匯流排的影響后，各相繞組相比較不大于最小值的2%。

(2)定子繞組直流耐壓及泄漏電流試驗。

①試驗目的。

定子繞組直流耐壓及泄漏電流試驗與絕緣電阻試驗相比能更有效的發現定子繞組的貫穿性缺陷及繞組端部的局部缺陷，并根據分段試驗電壓下的電壓與泄漏電流的相應變化來分析泄漏電流的發展趨勢。在某些情況下(如受潮)，還可以在絕緣未擊穿之前就能發現絕緣缺陷。同時，直流耐壓試驗對發現定子繞組端部絕緣缺陷更具有獨特的優勢。

②試驗標準。

采用ZGF-60/3型直流高壓發生器進行試驗。直流耐壓試驗電壓取3 Un，即:

Us=3 Un=3 ×15．75=47．25(kV)

耐壓試驗前應進行絕緣電阻、吸收比及極化指數測試。通過測試，可以檢定線棒的受潮程度;判斷相間絕緣及對地絕緣是否存在貫穿性的局部絕緣缺陷。絕緣電阻達不到要求時，應查明原因并進行處理后方可進行耐壓試驗。

③定子繞組直流耐壓試驗接線情況見圖2。

(3)定子繞組交流耐壓試驗(諧振耐壓)。

①試驗目的。

定子線圈安裝完畢，對定子線圈進行最后一道工序——交流耐壓試驗。交流耐壓試驗能考核定子繞組的主絕緣強度，有效的發現定子繞組的局部絕緣缺陷，特別是繞組槽內部和槽口處的絕緣缺陷，如局部機械損傷、局部絕緣劣化等。

圖2 定子繞組直流耐壓試驗接線圖

在進行交流耐壓試驗前，應核實各相繞組的絕緣電阻、吸收比及極化指數是否符合要求，合格后方可進行交流耐壓試驗。交流耐壓試驗是考核定子線圈安裝質量最嚴格的一道工序，如有質量問題，需要查明故障原因，并對故障點進行處理合格后才能繼續進行交流耐壓試驗。在試驗過程中，仔細觀察有無放電、異常聲響，過流保護是否動作，電流電壓指示有無急劇升降等異常現象。如有異常，應查明原因并采取措施后方可繼續進行試驗。

②試驗標準。

根據《東方電機股份有限公司定子線棒現場下線工藝守則》規定，定子繞組交流耐壓試驗電壓為32．5 kV。

試驗時間為1 min。在試驗過程中，凡未發生繞組對地部位閃絡放電、絕緣擊穿等現象，即為交流耐壓試驗通過。

③定子繞組交流耐壓試驗接線情況見圖3。

圖3 定子繞組交流耐壓試驗接線圖

④ 試驗結果分析(表2、3、4)。

表2 定子繞組直流電阻測試記錄表

表3 定子繞組直流耐壓及泄漏電流記錄表

表4 定子繞組交流耐壓試驗記錄表

從試驗記錄(表2、3、4)中可知:定子繞組直流電阻最大相差為0．17%，小于2%;泄漏電流的最大誤差為23%，小于30%，且泄漏電流不隨時間延長而增大;定子繞組A、B、C三 相 繞 組 在32．5 kV交流試驗電壓下無放電及閃絡現象，交流耐壓全部通過。

4 定子繞組絕緣監督中的注意事項

(1)累積效應對定子繞組絕緣使用壽命的影響。

發電機定子繞組絕緣在制造、安裝、維修和預防性試驗中，必須按相應的規范規定對繞組進行多次工頻交流耐壓試驗，每進行一次就會在其絕緣中產生一定的細微裂化痕跡，使其介電強度有所下降，即所謂的工頻耐壓累積效應。

累積效應與耐壓次數、外施電場強度及其作用時間有關。因此，嚴格控制不合格線棒的耐壓次數，盡量將處理后的線棒作為備用。

(2)外界因素對繞組絕緣的影響。

定子繞組運輸、保管過程中常常受到外界因素的影響(如沖撞、受潮等);安裝過程中水輪發電機施工現場環境惡劣，相對濕度常常超過80%。定子繞組受潮是絕緣降低的主要原因之一。

另外，施工工藝、各種遺留物及環境的衛生狀況對定子繞組絕緣的影響也較大。因此，定子繞組在安裝過程中必須保證穩定的工藝流程，保持清潔的施工環境，施工完畢認真清理現場，特別要清除定子繞組縫隙中的雜物，防止試驗過程中發生絕緣擊穿事故。

(3)故障分析與判斷應注意的問題。

在定子繞組絕緣監督過程中，經常遇到各種各樣的缺陷或故障。當試驗判斷絕緣受潮時，首先進行干燥，待絕緣受潮現象消除后才能進行耐壓試驗。

試驗對缺陷或故障的分析和判斷需要對各種試驗數據進行綜合分析，特別要求在相近環境條件下進行試驗，真實的反映故障情況，為缺陷或故障的處理提供科學的依據。

5 結語

技術監督人員應直接參與發電機定子的過程監督和交接試驗，嚴格按照《電氣設備交接試驗標準》和生產廠家的設計技術要求，對定子線棒從生產運輸到安裝調試進行全過程的絕緣監督，從而杜絕安裝過程中可能出現的各種缺陷，保障定子安裝質量，為發電機穩定健康運行奠定基礎。

［1］ 電氣裝置安裝程電氣設備交接試驗標準，GB 50150-2006［S］．

［2］ 電氣設備預防性試驗規程，T/DL 1996［S］．

［3］ 大型高壓交流電機定子絕緣耐電壓試驗規范，JBT 6204-1992［S］．

［4］ 水輪發電機組安裝技術規范，GBT8564-2003［S］．

［5］ 水輪發電機F級高場強定子繞組現場安裝絕緣技術規范，DB1394-2005［S］．