發(fā)電機(jī)定子繞組直流耐壓試驗(yàn)淺析

閔靜怡

上海吳涇發(fā)電有限責(zé)任公司

發(fā)電機(jī)定子繞組直流耐壓試驗(yàn)淺析

閔靜怡

上海吳涇發(fā)電有限責(zé)任公司

發(fā)電機(jī)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(jī)直流耐壓試驗(yàn)的原理、方法、試驗(yàn)結(jié)果判斷分析及實(shí)際工作中部分情況分析。

發(fā)電機(jī)；直流耐壓試驗(yàn)；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(jī)是電力系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，它的可靠運(yùn)行，直接影響發(fā)供電的質(zhì)量。發(fā)電機(jī)在制造過(guò)程中，絕緣可能受到損傷，在運(yùn)行過(guò)程中，由于受到振動(dòng)、發(fā)熱、電暈、化學(xué)腐蝕以及各種機(jī)械力作用，各個(gè)部件逐步老化，可能出現(xiàn)絕緣缺陷，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣缺陷，《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定發(fā)電機(jī)絕緣預(yù)防性試驗(yàn)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(cè)量。故此，發(fā)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)作為一種發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)受潮、劣化及端部缺陷的有利方法，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得到大量運(yùn)用。本文將具體講述發(fā)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)的方法、各種外部因素對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的影響及在實(shí)際工作中具體事例的分析。

1 直流泄漏及直流耐壓試驗(yàn)的原理及作用

直流泄漏的測(cè)量，在原理上和兆歐計(jì)測(cè)量絕緣電阻的性質(zhì)相同。只是直流泄漏試驗(yàn)時(shí)在設(shè)備上施加的電壓較高，對(duì)于良好的絕緣，其漏導(dǎo)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(yàn)中，測(cè)量泄漏電流時(shí)施加的電壓大都在A點(diǎn)以下，故對(duì)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(shí)，漏導(dǎo)電流將急劇增長(zhǎng)，其伏安特性就不是直線了，因此可以通過(guò)測(cè)量泄漏電流來(lái)分析絕緣是否有缺陷或受潮。對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于直流泄漏及直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，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(yàn)比交流耐壓更有效地發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的端部缺陷。同時(shí)，由于直流試驗(yàn)有著擊穿時(shí)對(duì)絕緣的損傷程度較小，所需的試驗(yàn)設(shè)備容量也小的優(yōu)點(diǎn)，它們已成為發(fā)電機(jī)絕緣試驗(yàn)工作中普遍而具有成效的方法。

圖2 對(duì)空冷、氫冷繞組和水冷繞組水路干燥或吹干時(shí)的直流泄漏試驗(yàn)接線示意圖

2 發(fā)電機(jī)直流泄漏及直流耐壓試驗(yàn)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(shí)的試驗(yàn)接線圖（圖2）

由于試驗(yàn)儀器的日益升級(jí)，目前一般使用直流發(fā)生器進(jìn)行，微安表接于高壓端，要求輸出電壓高于試驗(yàn)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(dòng)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(jí)）和微安表（0.5級(jí)）。

2.2 水內(nèi)冷通水狀態(tài)下試驗(yàn)接線圖（圖3低壓屏蔽法）

按試驗(yàn)規(guī)程要求，水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)直流泄漏試驗(yàn)在試驗(yàn)條件允許的情況下，應(yīng)在接近發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的情況下進(jìn)行，以便檢查發(fā)電機(jī)的絕緣情況。由于試驗(yàn)儀器的容量問(wèn)題，過(guò)去，往往采用發(fā)電機(jī)匯水管內(nèi)水吹干做試驗(yàn)，但是發(fā)電機(jī)水回路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以將匯水管內(nèi)水吹干，引起發(fā)電機(jī)繞組對(duì)地絕緣不高，造成很難說(shuō)明泄漏偏大是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)本身絕緣問(wèn)題還是由于匯水管的影響。而且，吹水過(guò)程占用大量的時(shí)間,影響了工期進(jìn)程。因此，在情況允許的條件下，建議采用通水情況下進(jìn)行試驗(yàn)。

圖3是低壓屏蔽法測(cè)量通水繞組泄漏電流的試驗(yàn)接線圖。

（1）對(duì)水冷繞組通水測(cè)量的儀器要求：

1）試驗(yàn)變壓器：高壓側(cè)額定電壓通常高于試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)電壓1.2倍以上；

圖3 低壓屏蔽法測(cè)量通水繞組泄漏電流的試驗(yàn)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(kāi)關(guān)；

8）過(guò)電壓保護(hù)球隙；

9）限流保護(hù)電阻：通常選用水電阻，其值為0.1 ～ 1 Ω /V；

10）球隙保護(hù)電阻：通常選用水電阻，其值為 0.1 ～ 1 Ω /V；

11）直流電壓測(cè)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(cè)量精度1.5級(jí)以上；

12）1塊0.5級(jí)微安表；

13）1塊1級(jí)毫安表。

（2）測(cè)試方法

1）根據(jù)相關(guān)規(guī)程和發(fā)電機(jī)的額定電壓確定試驗(yàn)電壓，并根據(jù)試驗(yàn)電壓和發(fā)電機(jī)容量選擇合適電壓等級(jí)的電源設(shè)備、測(cè)量?jī)x表和保護(hù)電阻。

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

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

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

（3）試驗(yàn)步驟

1）轉(zhuǎn)子繞組在滑環(huán)處接地，發(fā)電機(jī)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(duì)繞組進(jìn)行充分放電。

2）按接線圖準(zhǔn)備試驗(yàn)，保證所有試驗(yàn)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(cè)量水冷繞組的泄漏電流，在空載條件下，按試驗(yàn)電壓的1.05～1.1倍調(diào)整保護(hù)銅球間隙。

5）確認(rèn)一切正常后開(kāi)始試驗(yàn)，先空載分段加壓至試驗(yàn)電壓以檢查試驗(yàn)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(kāi)始升壓，試驗(yàn)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(kāi)始和1 min時(shí)微安表的電流值。

7）該相或分支試驗(yàn)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(duì)另一繞組進(jìn)行試驗(yàn)或進(jìn)行其他操作（特別是非水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)）。

（4）安全措施

1）為保證人身和設(shè)備安全，要求必須在試驗(yàn)設(shè)備周圍設(shè)圍欄并有專人監(jiān)護(hù)，發(fā)電機(jī)出線側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)應(yīng)派專人把守防止無(wú)關(guān)人員誤人。試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)人員與看守人員通信要通暢，沒(méi)有試驗(yàn)人員的命令看守人員不能亂動(dòng)。負(fù)責(zé)升壓的人要隨時(shí)注意周圍的情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立刻斷開(kāi)電源停止試驗(yàn)，查明原因并排除后方可繼續(xù)試驗(yàn)。

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

3）注意對(duì)試驗(yàn)完畢的繞組必須充分放電。

4）試驗(yàn)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)泄漏電流隨時(shí)間急劇增長(zhǎng)，或有絕緣燒焦氣味，或冒煙，或發(fā)生響聲等異常現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即降低電壓斷開(kāi)電源停止試驗(yàn)，將繞組接地放電后再進(jìn)行檢查。

（5）試驗(yàn)結(jié)果判斷依據(jù)

1）在規(guī)定的試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果比較，不應(yīng)有顯著的變化。

2）泄漏電流不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。

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

4）試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)無(wú)異常放電現(xiàn)象。

（6）注意事項(xiàng)

1）對(duì)水內(nèi)冷繞組，泄漏電流測(cè)量值受內(nèi)冷水水質(zhì)的影響，因此試驗(yàn)時(shí)冷卻水質(zhì)應(yīng)透明、純凈、無(wú)機(jī)械雜質(zhì)，電導(dǎo)率在20℃時(shí)要求：對(duì)開(kāi)啟式水系統(tǒng)不大于5 μ S/cm，對(duì)獨(dú)立的密閉循環(huán)水為1.5 μ S/cm。

2）對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)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(shí)進(jìn)行，嚴(yán)禁在置換過(guò)程中進(jìn)行試驗(yàn)。

（7）電導(dǎo)率及匯水管絕緣對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

低壓屏蔽法是將試驗(yàn)電壓加在繞組和匯水管之間，繞組對(duì)地的泄漏電流通過(guò)地，再經(jīng)過(guò)微安表后回到匯水管，使繞組對(duì)匯水管電流與繞組對(duì)地電流分開(kāi)，分別進(jìn)行檢測(cè)，其泄漏電流測(cè)量值受內(nèi)冷水水質(zhì)及水的導(dǎo)電率影響很大，這直接影響到試驗(yàn)儀器的容量配置和測(cè)量精度。表1為吳涇電廠機(jī)11發(fā)電機(jī)（型號(hào)：QFSN-300-2；生產(chǎn)廠家：上海電機(jī)廠）歷年試驗(yàn)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(duì)定子繞組本身的泄漏值沒(méi)有影響，僅對(duì)泄漏總電流也就是試驗(yàn)儀器的容量產(chǎn)生影響，這就要求在試驗(yàn)中力求提高匯水管絕緣及降低定子水導(dǎo)電率，根據(jù)吳涇電廠歷年工作經(jīng)驗(yàn)，基本要求匯水管絕緣大于20 K Ω，定子水導(dǎo)電率小于1.2 us/cm.

3 直流泄漏及直流耐壓試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 直流泄漏及直流耐壓試驗(yàn)分析判斷

進(jìn)行泄漏試驗(yàn)時(shí)，如不注意充放電的時(shí)間，將給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)很大的誤差。一般發(fā)電機(jī)的容量較大，充放電的時(shí)間很長(zhǎng)，甚至幾個(gè)小時(shí)，這在現(xiàn)場(chǎng)是有困難的。因此以較短的同一升壓速度分段加壓，停留時(shí)間以一分鐘為準(zhǔn)，讀取微安數(shù)，試驗(yàn)前預(yù)先放電 5 min（要大于充電時(shí)間），這樣分相測(cè)量比較、歷次比較、同型機(jī)組比較，才有價(jià)值。對(duì)其分析判斷如下。

（1）泄漏電流隨時(shí)間的增長(zhǎng)而升高，說(shuō)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(dòng)，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(guò)大（超過(guò) 30%），但充電現(xiàn)象還正常，說(shuō)明其缺陷部位遠(yuǎn)離鐵心，在端部或套管臟污。

圖4 發(fā)電機(jī)定子繞組的典型泄漏電流曲線

表1 機(jī)11發(fā)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)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(guò) 20%，表明絕緣受潮或臟污。

（5）無(wú)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(yán)重性臟污及明顯貫穿性缺陷。

3.2 案例分析

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

實(shí)際試驗(yàn)情況，驗(yàn)證了該曲線表示的各種情況。

在發(fā)電機(jī)直流試驗(yàn)時(shí)，有時(shí)泄漏增大為絕緣擊穿的前兆，而有時(shí)是絕緣受潮引起，在機(jī)1、機(jī)2發(fā)電機(jī)試驗(yàn)中，就出現(xiàn)過(guò)這兩種不同的情況。在進(jìn)行機(jī)2發(fā)電機(jī)預(yù)試中，發(fā)電機(jī)A相在直流泄漏試驗(yàn)時(shí)，電壓升到40 kV時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏電流直線增大，分析可能為發(fā)電機(jī)線棒擊穿，經(jīng)發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子故障查詢，在發(fā)電機(jī)10號(hào)線棒槽口處發(fā)現(xiàn)擊穿；而同樣在機(jī)1發(fā)電機(jī)預(yù)試工作中， 發(fā)電機(jī)吹水準(zhǔn)備進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，期間發(fā)電機(jī)絕緣一直上不來(lái)，通水加熱后重新試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)定子B相直流試驗(yàn)做到第四點(diǎn)時(shí)（40kV）直流泄漏開(kāi)始向上攀升，電壓降下來(lái)測(cè)絕緣，絕緣有大輻度下降，開(kāi)始以為系吹水原因造成，所以繼續(xù)吹水再做試驗(yàn)，經(jīng)多次反復(fù)吹水試驗(yàn)，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(diǎn)也由原來(lái)的40 kV降到20 kV左右，按此分析可能B相絕緣有擊穿趨勢(shì)。但是，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及水回路等分析研究，認(rèn)為B相結(jié)構(gòu)造成吹水難度大，還是吹水問(wèn)題，后再通水加熱至70℃烘燥到6日吹水試驗(yàn)，三相絕緣皆上升至3000兆歐左右，泄漏值在40 kV時(shí)最大為10 u Ω，試驗(yàn)合格。因此，在試驗(yàn)時(shí)不僅僅要根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、同時(shí)要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際情況分析原因，以便更好的判斷設(shè)備狀態(tài)，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，也要避免增加不必要的工作。

直流耐壓試驗(yàn)施加的高電壓相較絕緣電阻測(cè)量更易發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。在一次對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行吹水狀態(tài)熱態(tài)試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)時(shí)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(duì)絕緣的影響，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行直流試驗(yàn)，情況如表2所示。

表2 在不同狀態(tài)下發(fā)電機(jī)直流試驗(yàn)情況

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

后對(duì)發(fā)電機(jī)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(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 發(fā)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)與交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

由于直流泄漏和直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，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(yàn)變壓器容量就大大縮小。直流耐壓時(shí)，絕緣介質(zhì)損耗較交流小，故對(duì)絕緣的積累效應(yīng)小。可以利用泄漏電流與電壓的關(guān)系曲線，分析絕緣有無(wú)受潮或其他缺陷。直流試驗(yàn)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