定子繞組端部絕緣施加直流電壓試驗在空冷發電機中的應用

王美樹，金 泱

（1.浙江浙能金華燃機發電有限責任公司，浙江 金華 321025；2.浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 311121）

0 引言

發電機定子繞組直流耐壓（包括泄漏電流測量）及交流耐壓試驗是檢測發電機是否存在絕緣缺陷的常規方法[1]。工頻交流耐壓試驗易于發現定子繞組槽內部分及槽口附近的絕緣缺陷，而直流耐壓試驗對于發現定子繞組端部的缺陷較為有效[2]。當定子繞組端部存在局部絕緣缺陷時，由于距離地電位較遠，具有較高的絕緣電阻，交、直流耐壓對查出該部位的絕緣缺陷存在一定的局限性[3-5]。

定子繞組端部絕緣施加直流電壓試驗作為檢測絕緣缺陷常規方法的有效補充，能夠有效發現定子繞組端部（如端部接頭、錐部、手包絕緣處）的局部絕緣缺陷并對缺陷點進行定位。根據DL/T 596-1996《電力設備預防性試驗要求》規定要求，200 MW及以上的國產水氫氫汽輪發電機組在必要時需對定子繞組端部手包絕緣處進行該試驗以檢驗手包絕緣的質量，而對200 MW以下的空冷發電機組并未作出相關要求。DL/T 1612-2016《發電機定子繞組手包絕緣施加直流電壓測量方法及評定導則》適用于定子繞組使用手包絕緣的水內冷汽輪發電機。對空冷發電機及使用絕緣盒作為端部絕緣的發電機均未明確要求，文中認為定子繞組端部施加直流電壓試驗對空冷發電機組定子繞組端部局部絕緣缺陷的檢測同樣適用。現就某發電廠機組非停事故的原因及修復過程中定子繞組端部施加直流電壓試驗情況作詳細介紹。

1 事故簡介

某發電廠136 MW空冷發電機機組于2016年10月發生發電機內部定子繞組相間短路故障，致使機組停機。

解體發電機后檢查發現，燃機側6點位置共有2組定子繞組的端部絕緣盒燒損、內部導體受損。解剖未發生故障的絕緣盒發現有絕緣材料未填滿、盒內有較多氣孔、裂紋等情況，個別絕緣盒加工時銅材導體未裝在絕緣材料的中間或銅塊傾斜，出現一邊絕緣厚，一邊絕緣薄的現象。

由于部分絕緣盒內絕緣材料未填滿，盒內存在較多氣孔和裂痕，該發電機組長時間停運時濕氣從接縫處進入絕緣盒后沿著氣孔和裂痕在絕緣材料中擴散，導致銅導體與絕緣盒外殼之間的絕緣電阻大幅降低。故障發生部位正好在兩相之間，1個絕緣盒外殼上的電壓引起2個絕緣盒之間間隔塊和綁繩的電暈放電[6]，最終在較短的時間內絕緣盒絕緣劣化引起相間短路。

絕緣盒的結構如圖1所示，在絕緣泥填裝的過程中，絕緣盒內端部銅排四周絕緣泥的均勻程度和緊實程度全由人工把控，質量無法保證，因此容易發生銅排四周絕緣泥分布不均、絕緣泥中混入氣泡的情況。在絕緣泥受熱固化時，混入絕緣泥中的氣泡受熱膨脹，最終在絕緣泥中形成氣隙。上述2種情況均有可能導致絕緣盒內銅排電位外移至絕緣盒表面，然而目前沒有其他手段來檢測絕緣盒內是否存在上述隱患，因此為了檢驗發電機定子繞組重繞后，定子繞組端部絕緣盒內絕緣材料的施工質量是否過關，防止類似的非停事故再次發生，在該機組定子繞組重繞后，繞組對地絕緣電阻測試合格的情況下，對定子繞組端部絕緣盒進行了施加直流電壓測量試驗。

2 試驗儀器、原理及方法

2.1 試驗儀器

試驗所用儀器為FBG-Ⅱ型表面電位測量桿和ZBG-60/2型直流高壓發生器。其中，表面電位測量桿由測量精度1.5級、測量范圍0.1—25 kV、分壓比1∶1 000的電壓表，直流微安表和多個電阻串聯總阻值為100 MΩ的分壓電阻組成。測量桿頭部裝有電位測試探針，頭部至手柄處有不少于1 m的絕緣桿以保證操作人員的安全。

圖1 絕緣盒結構示意

2.2 試驗原理

試驗原理如圖2所示，定子繞組在直流試驗電壓作用下，若端部絕緣盒內絕緣良好，則絕緣盒內的體積電阻要遠遠大于絕緣盒外的表面電阻，絕緣盒內絕緣材料所承受的電壓與試驗電壓近似相等，盒外表面對地電壓較低；若端部絕緣盒內絕緣存在缺陷，則絕緣盒內絕緣材料所承受的電壓相應降低，盒外表面對地電壓相應升高。

圖2 表面電位測量原理

2.3 試驗方法

將發電機勵側、燃機側所有的絕緣盒用錫箔紙包緊并且壓平，盡可能使錫箔紙與絕緣盒表面之間接觸良好。在發電機兩側繞組端部絕緣盒編號后，短接發電機三相定子出線端及其中性點并施加額定的直流電壓，用表面電位測量桿依次觸及各個絕緣盒表面錫箔紙，以檢驗是否存在電位外移現象。若發現個別絕緣盒外殼電壓較高，則需仔細檢查問題絕緣盒附近絕緣情況，排除干擾因素，復測后確定。

3 電位外移試驗結果

試驗分別取勵側11點方向（順時針編號），燃機側1點方向（逆時針編號）為1號檢測點依次檢測。表1為該發電機定子繞組重繞后燃機側繞組端部絕緣盒電位外移的試驗數據。如表1所示，燃機側絕大多數絕緣盒內絕緣良好，表面電壓僅為100 V（由于儀器精度問題，最小電壓讀數為100 V），38號、41號、42號絕緣盒表面電壓相對于其他絕緣盒較高，分別為800 V，6 200 V和1 700 V。勵側所有絕緣盒內絕緣良好，表面電壓全為100 V。

表1 燃機側電位外移試驗數據V

為確保發電機兩側所有絕緣盒內絕緣良好，決定將絕緣盒表面電位相對較高的38號、41號、42號絕緣盒拆除重新制作。圖3為拆除絕緣盒外殼后，新安裝的絕緣盒內部絕緣材料的填充情況。如圖所示，填充絕緣材料的表面可見較多細小的氣隙，這些氣隙內部經過長時間的局部放電可能導致絕緣盒內部絕緣裂化，致使絕緣盒外殼電壓升高。因此，即使是新安裝的絕緣盒，也有可能存在絕緣隱患。在絕緣盒質量無法保證的情況下，繞組端部施加直流電壓試驗能夠有效發現空冷機組定子繞組端部絕緣盒內部的絕緣隱患，防范于未然。

4 結語

圖3 新安裝絕緣盒內部絕緣材料質量情況

發電機定子繞組端部絕緣施加直流電壓試驗是直流耐壓、泄漏試驗以及交流耐壓試驗的有效補充。該試驗同樣能夠檢測200 MW以下空冷發電機定子繞組端部的絕緣缺陷。根據空冷發電機故障及大修時的該應用，提出以下建議：

（1）空冷發電機安裝定子繞組時，應提高定子繞組端部絕緣盒制作的工藝及質量，盡可能減少氣隙、裂痕的產生。

（2）做好發電機定子膛內的防潮工作，防止發電機受潮導致絕緣劣化。

（3）即使是定子繞組端部采用絕緣盒結構的空冷發電機，在大修時，也應該將施加直流電壓試驗納入常規試驗項目，以檢驗定子繞組端部的絕緣質量，防止類似的故障再次發生。

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