深蓄電站#1發電機定子繞組直流耐壓試驗泄露電流異常的分析處理

羅佑坤, 余濤, 陳建華, 竇博文, 李重陽

(1.南方電網調峰調頻發電有限公司， 廣州 510630;2.深圳蓄能發電有限公司， 深圳 518000)

0 引言

深蓄電站位于深圳市，是目前已投產的大型抽水蓄能電站，安裝有四臺立式單級混流可逆式水泵發電機，單機容量為300 MW。型號為SFD300-14/6630型可逆式同步發電電動機，額定容量338 MVA/325 MW額定電壓15.75 kV，額定電流12 390 A，額定功率因數0.975(滯后)，額定轉速為428.6 r/min。2016年12月對深蓄電站#1發電機進行整體絕緣試驗時，發現電機U、V、W三相泄露電流測量值異常。當發電機定子繞組所加的直流試驗電壓為2倍發電機額定電壓，U、V兩相泄露電流測量值偏大，三相不平衡度較大。隨著試驗電壓的升高，U、V兩相泄漏電流值顯著增大，三相不平衡度也隨之增大。鑒于此，本文分析了直流泄露電流異常原因，并提出了處理方案。

1 直流泄露試驗

1.1 試驗方法

采用泄露電流及直流耐壓試驗方法進行試驗，直流電源由高壓直流發生器提供。試驗時，應首先測量繞組的絕緣電阻、吸收比應符合相關要求；第二，先空載升壓至試驗電壓，同時讀取泄露電流，讀取完畢后整定過壓保護值一般為試驗電壓的110%-115%；第三，試驗分相進行，非被試相及測溫RTD必須可靠接地，試驗電壓按0.5UN分段加至3.0UN，每階段停留1 min讀取泄露電流，各段升壓速度應盡量相等；第四，每相試驗完成后應充分放電；最后試驗完成后測量各相繞組的絕緣電阻、吸收比和極化指數，與耐壓前應無明顯區別[1]。具體接線圖中，μA為微安表，用于測量泄露電流,如圖1所示。

1.2 實驗數據分析

定子繞組直流耐壓試驗之前，首先測量了發電機定子三相繞組對地絕緣電阻、相間絕緣電阻以及相應的吸收比，測量結果如表1所示。

依照GB50150—2006《電氣裝置安裝工程 電氣設備交接試驗標準》相關規定[2]，各相絕緣繞組不平衡系數≤2，對環氧粉云母絕緣的定子繞組吸收比≥1.6。測量結果表明：深蓄電站#1發電機定子繞組絕緣電阻和吸收比滿足要求。

圖1 直流泄露試驗接線圖

表1 直流耐壓試驗前定子繞組絕緣電阻及吸收比

(1)第一次試驗

試驗電壓為0.5UN～3.0 UN，其中UN為發電機定子額定電壓，大小為UN=15.75 kV。試驗電壓在0.5UN到1.5UN范圍內，U、V、W三相泄露電流平衡，泄露電流的增長較為平穩，沒有出現顯著的增長。當試驗電壓加至2.0UN以上時，U相泄露電流出現了顯著的增加，幾乎是成倍增長。3.0UN時，U、V、W三相泄露電流比0.5UN分別增大了18、19、6倍，泄露電流的不平衡度為206.67%，相對于0.5UN增大了3倍。不平衡度計算為[3]：，其中、表示試驗電壓最大值和最小值；、表示試驗電流最大值和最小值。具體實驗數據見表2所示。

表2 直流耐壓試驗三相泄漏電流值及不平衡度

(2)第二次試驗

第一次試驗中U相泄露電流值過大，對定子繞組端部及銅環引線進行清理后，對U相7個分支對地的絕緣電阻、吸收比分別進行測量，測量結果見表3所示。

2 泄露電流異常原因分析

造成定子繞組直流泄露電流異常增大的原因為[4]：試驗方法不正確、絕緣故障、表面污穢或受潮。絕緣故障主要有三個可能因素，即：定子線棒端部絕緣包扎存在缺陷、定子線棒本身存在絕緣缺陷、定子線棒下線安裝時絕緣損壞。為確診泄露電流異常增大的原因，采用排除法一一排除。

表3 U相各分支絕緣電阻、吸收比

核對試驗方法以及接線無誤，漏電流在各級試驗電壓下平衡且比較穩定，可排除試驗方法錯誤。深蓄電站#1發電電動機剛完成組裝，在進行直流耐壓試驗和泄露電流測量前，對定子整體進行了全面的清理，用百潔布蘸酒精對存在有污穢的部分進行清潔，并對定子繞組整體加熱干燥24小時，因此可排除定子繞組絕緣表面受潮或存在污穢影響。一般情況下，定子繞組出廠時需要做交流耐壓試驗，因此，本身存在絕緣卻下的可能性極低，不予考慮。定子繞組在現場到貨安裝前抽取5%的定子線棒做交流耐壓試驗，下層及上層線棒安裝完成后同樣需要做交流耐壓試驗，經試驗未發現異常，因此可以排除定子線棒下線安裝時絕緣損壞。從每級試驗電壓下泄露電流增長都超過20%，不平衡度在2.0UN以上時超過100%，認為直流泄露電流異常增大的原因是定子線棒端部絕緣包扎缺陷。

為證實判斷正確性，采用“電位外移法”的方法[5]檢查每相各分支絕緣情況。試驗設備和接線方式與直流耐壓試驗相同，在定子繞組試驗相上通直流電壓，另外兩相短接接地，測試桿前端金屬探頭接地。試驗時將試驗相電壓升至1.0UN，等到泄露電流值穩定后，用測試桿前的金屬探頭依次緩慢劃過定子繞組端部。由于在直流電壓作用下，缺陷處產生電荷堆積，金屬探頭接觸后會發生輕微放電現象，若微安表的示數出現明顯波動，說明可能存在有絕緣缺陷。第二次試驗結果表明，直流泄露電流異常增大的原因是定子線棒端部絕緣包扎缺陷。

3 處理方法

(1)查找可疑點，進行粗處理。

根據第二次試驗結果，找出了五個可能缺陷點，并對其進行標記，其中U相U7分支有兩處，V相V2、V7分支各一處，W相W5分支有一處。找到可疑點后，進行清掃和手包絕緣處理。在原有的基礎上，半疊繞包扎7～8層HEC5440-1H桐馬環氧玻璃粉云母帶，再半疊繞2層ET100-25無堿玻璃纖維帶，邊包邊刷HEC56102室溫無溶劑涂刷膠，手包絕緣完成后用烤燈對包扎的部位進行加溫干燥處理。再一次試驗測點，所得結果如表4所示。

表4 手包絕緣處理后三相泄漏電流值及不平衡度

相對于第一次試驗，這次試驗三相泄露電流值有了不同程度的減小，說明手包絕緣處理起到了一定的作用。但U相試驗電壓加至2.5UN及3.0UN時，泄露電流值出現不成比例的增長，三相泄漏電流不平衡度超過100%，不滿足規范要求。因此，需要進一步處理。

(2)進一步定位可疑點，進行細處理

考慮到前幾次試驗，當試驗電壓高于2.5UN，U相泄漏電流值出現明顯異常，各分支直接測量2.5UN及3.0UN時的泄漏電流值。結果如表5所示。將U相7個分支短接起來重新測量泄露電流，結合表4可獲得V、W兩相的試驗數據計算不平衡度，試驗結果見表6所示。

表5 U相各分支泄漏電流值

表6 U相各分支短接后泄漏電流值及三相不平衡度

綜合之前試驗數據分析，可知U相主引出線、中性點引出線端的線夾安裝不當，影響了U相整體絕緣。在U相分支試驗前，已將主引出線、中性點引出線端的線夾拆出，用鑿子鏟掉粘附在線夾上的滌綸氈、打磨并用丙酮清潔線夾各個表面，清潔完成后，在線夾各表面均勻涂刷一層HDJ-138的浸漬膠，并用烤燈烘干，在加固絕緣后回裝線夾。線夾回裝后，復測U相泄漏電流，試驗結果如表7所示。

表7 U相線夾回裝后泄漏電流值及三相不平衡度

處理結果顯示：試驗電壓從0.5UN升高至3.0UN過程中，測得的泄漏電流值增長穩定，沒有出現跳變的情況。三相泄漏電流不平衡度較小，最大不平衡度為75%，但此時三相泄漏電流值均小于20 μA，滿足要求。

4 總結

直流耐壓試驗和泄露電流測量是反映發電機定子繞組絕緣水平的基本試驗，但直流泄露電流異常現象時有發生。對直流耐壓試驗泄露電流異常進行分析處理直觀重要，本文以深蓄電站#1發電機為例，介紹了如何分析異常原因：首先明確可能原因，利用排除法進行篩選，最后通過試驗精確定位。本文采用排除法+“電位外移法”試驗方法確定泄露電流異常原因為定子線棒端部絕緣包扎缺陷導致泄露異常。關于解決方法為：查找可疑點，進行粗處理；如果沒有解決問題，對原因進一步細化，針對細化原因深入解決。