大型發電機超低頻交流耐壓試驗研究

劉展麟 尹紅

摘 要：文章提出了一種由超低頻正弦波高壓發生器與超低頻電壓測量系統相結合的超低頻耐壓試驗設備，并對該試驗設備應用于交流耐壓試驗中的優勢進行了分析，然后結合某核電站3#發電機組交流耐壓試驗實例，分析了該耐壓試驗設備的實際應用方法與步驟，證實了大型發電機超低頻交流耐壓試驗的可行性與可靠性，值得重視。

關鍵詞：發電機；超低頻；交流耐壓試驗

在核電廠電機容量不斷增加的背景之下，發電機繞組相對于基座以及大地的電容呈現出了較快的發展趨勢。在針對電機定子繞組進行工頻交流耐壓試驗的過程當中，需要投入耐壓試驗中的變壓器容量也有非常明顯的提升趨勢，對應的試驗裝置與設備規模較大，在實際操作中存在非常多的不便之處。針對該問題，有關研究人員的提出可以嘗試降低交流耐壓試驗的工作頻率，將常規的50Hz工頻下降至0.1Hz超低頻狀態下進行試驗，其目的是降低被試驗發電機的容量單位，即可以使用低容量的試驗設備完成較高工頻試驗的目的，由此可見其對驗證核電廠大型發電機耐壓性能的重要價值。

1 超低頻耐壓試驗設備基本構成

超低頻耐壓試驗設備的主要構成包括兩個部分，其一是超低頻正弦波高壓發生器，其二是超低頻電壓測量系統。對于第一部分而言，其主要工作原理是先由工頻電源通過整流處理的方式形成相對穩定的直流電壓，然后自逆變電流轉換形成1000Hz高頻電壓。高頻電壓受到0.1Hz超低頻振蕩電壓的調制與影響，經過升壓以及整流等一系列操作可形成負極性高壓以及正極性高壓，再經過壓敏元件的峰位換相處理，可形成正弦波電壓，并在電容器支持下進行解調，最終輸出0.1Hz超低頻正弦波高電壓。第二部分則在分壓器的支持下對高壓信號進行分壓，然后對分壓所產生的信號進行采樣，采樣數據傳輸至終端顯示器中進行顯示，并通過單片機對試驗電壓值進行計算，最終于終端顯示試驗結果。

2 利用超低頻耐壓試驗設備進行交流耐壓實驗的優勢

在利用超低頻耐壓試驗設備對大型發電機定子繞組進行耐壓試驗的過程當中，設備的體積較小，工作步驟簡單，有較高的可行性。同時，實際應用中，這種基于超低頻的交流耐壓試驗方法還呈現出了以下幾個方面的突出優勢：

第一，大型發電機超低頻耐壓試驗設備具有支持交流耐壓試驗的特點。即對于核電廠復合電機而言，其內部結緣介質上電壓分布是以電容為依據的。換句話來說，對于50Hz頻率以及0.1Hz頻率而言，兩種狀態下的電壓分布有高度一致的特點，因此工頻耐壓試驗與超低頻耐壓試驗具有較高等效性特點。

第二，大型發電機超低頻耐壓試驗設備能夠準確顯示大型發電機繞組端部存在的絕緣缺陷問題。在工頻電壓的運行工況下，電容電流自線棒流出后經過絕緣外半導體防暈層時會發生較大的電壓降現象，進而致使大型發電機繞組端部絕緣線棒所承受的電壓水平明顯下降。而在超低頻運行工況的作用之下，由于電壓頻率降低趨勢明顯，則自線棒所流出的電容電流有非常明顯的下降趨勢，這也就意味著半導體防暈層中壓降下降明顯，增加繞組端部絕緣層電壓水平，進而在繞組端部絕緣缺陷的判斷上更加的準確與及時。

第三，大型發電機超低頻耐壓試驗設備的應用還能夠有效減少大型發電機在交流耐壓試驗過程中絕緣內部的局部放電量，同時對延長電機絕緣使用壽命也有重要價值。

3 應用實例分析

3.1 試驗概況

XX年XX月XX日，在某核電站3#發電機大修過程中以0.1MHz超低頻耐壓試驗設備及試驗方法替代常規50.0Hz工頻耐壓試驗方法進行交流耐壓試驗。3#發電機基本技術參數為：（1）額定電壓=20.0kV；（2）額定電流=9339.0A；（3）額定功率=330.0MW；（4）額定功率因數=0.85。

3.2 試驗步驟

第一步，按照設計方法連接大型發電機超低頻耐壓試驗設備，安排工作人員對接線情況進行詳細檢查，在確認無誤后合上電源開關，并開啟實驗控制器。

第二步，對大型發電機超低頻耐壓試驗設備中相關試驗參數進行設置：（1）輸出頻率=0.1MHz；（2）試驗時間=60.0s；（3）試驗電壓=50.9kV；（4）過電壓保護值=55.9kV；（5）過電流保護值=0.1mA。

第三步，即按下大型發電機超低頻耐壓試驗設備中升壓按鈕，使試驗設備自動進入升壓狀態下，在升壓過程中將電壓勻速自0提升至50.0kV。

第四步，在試驗設備電壓提升至50.0kV后，操作大型發電機超低頻耐壓試驗設備中電壓微調按鈕對電壓進行調整，以達到50.9kV的試驗電壓為控制標準，然后開始計時，時間達到60.0s后勻速降壓并執行放電操作。

第五步，在發電機進行交流耐壓試驗前、試驗后，針對不同時刻狀態下絕緣電阻參數以及對應比值進行計算，以此作為依據來判定該發電機絕緣性能是否存在缺陷。

3.3 試驗結果

結合相關研究數據來看，在絕緣性能發生缺陷時，電流吸收反應不明顯，且隨著時間的延長，電流取值有緩慢下降的趨勢。在本次研究中，以50.09kV作為試驗電壓，該狀態下測試3#發電機在15.0s以及60s狀態下的絕緣電阻以及吸收比。相關數據如下表所示（見表1）。結合表1數據來看，在發電機進行交流耐壓試驗前、試驗后，各相絕緣電參數以及吸收比變化不明顯，與有關規程要求相符合，因此認為對于3#發電機而言，絕緣電阻在交流耐壓試驗過程當中未發生閃絡或絕緣擊穿等問題，試驗性能合格、可靠。

4 結束語

核電站發電機多為百萬千瓦級大型核電機組，在完成對發電機的安裝作業后需要及時進行交流、直流耐壓試驗，其目的是對發電機的絕緣性能有一個全面的檢驗與評估。其中，直流耐壓試驗的目的是評估發電機是否存在間隙性缺陷以及端部缺陷，而對于交流耐壓試驗而言，由于試驗過程當中的電壓波形，工作頻率與發電機工作電壓一致，因此作用于絕緣內部的電壓分布以及擊穿性能與發電機的工作狀態相符，對絕緣的劣化和熱擊穿的效應而言，交流耐壓試驗能有效發現槽部絕緣缺陷。為提高交流耐壓試驗的精確性，同時簡化試驗操作，本次研究中提出一種可適用于大型發電機交流耐壓試驗的方法，引入超低頻耐壓試驗設備進行耐壓試驗，對保障試驗結果的精確性有重要意義，值得重視。

參考文獻

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