發電機定子繞組絕緣電阻測量的影響因素

劉 浩

(淮滬煤電有限公司田集發電廠，安徽 淮南 232098)

0 引言

發電機作為電廠的重要設備，在每次等級檢修及調停檢修中均需要測量發電機定子繞組的絕緣電阻，以判斷發電機的絕緣狀況，主要分為發電機停機后的絕緣測量以及啟機前的絕緣測量。若等級檢修或調停檢修周期過長，且天氣狀況不良的情況下，后期還需定期連續測量發電機絕緣電阻以保證發電機能夠正常啟動。

測量水內冷發電機定子絕緣電阻是檢查其絕緣狀況最簡便的輔助方法。由于水內冷發電機的絕緣結構不同于其他電氣設備，其定子繞組是由電回路和水回路并聯工作的，受內冷水質的影響制約。因此，若采用普通兆歐表，所測得的結果并非真正的絕緣電阻值，必須采用專用的水內冷發電機絕緣電阻表測量，才能夠得到有效的絕緣電阻值。由于水內冷發電機的系統較復雜，測量其絕緣電阻時干擾因素較多，若存在測量值不正常的現象，需進行一一排查。

1 水內冷發電機定子繞組和匯水管結構

水內冷發電機定子繞組的絕緣包括槽部、端部、引出線瓷套管、絕緣引水管和冷卻水絕緣，發電機兩側有金屬環形匯水管，匯水管與定子空心線棒之間用絕緣引水管連接，匯水管進出口法蘭、兩側排污口法蘭以及匯水管支撐加強筋均需裝設絕緣襯墊。

2 測量絕緣電阻的方法

水內冷發電機兩側及出線盒內有匯水管，匯水管管壁上分別連接一根導線，通常叫作屏蔽線。運行過程中兩側匯水管屏蔽線接地，主要是為了人身和設備的安全，因為匯水管距發電機端部很近，且匯水管周圍埋設很多測溫元件，如果不接地，一旦線圈端部絕緣損壞或引水管絕緣擊穿，使匯水管帶電，會對在測溫回路工作的人員和測溫設備帶來危險。在停機測量發電機定子繞組絕緣電阻時，將屏蔽線連在一起接在絕緣電阻測試儀屏蔽端，以消除內冷水中泄漏電流對絕緣電阻的測量，但有的水內冷發電機匯水管是直接接地的。因此，水內冷發電機定子繞組絕緣電阻測量分為通水和不通水兩種，對于前者可在通水的狀態下測量，后者需將匯水管及定子線棒內的水吹凈，然后用普通的兆歐表測量即可。

測量發電機定子繞組絕緣電阻，實際上是在定子繞組(L)和地(E)之間加直流電壓,測量流過的電流及其變化情況來判斷絕緣好壞。電流越大絕緣電阻表所顯示的絕緣電阻值越小。由于水內冷發電機外部水系統是接地的，且水中含有導電離子，當直流電壓加在繞組和地之間，水中要產生泄漏電流，水中的泄漏電流流入絕緣電阻表的測量機構，將使絕緣電阻讀數顯著下降，引起錯誤判斷。若將發電機匯水管屏蔽線接到絕緣電阻表的屏蔽(G)端，可使水中的泄漏電流I水阻泄漏經絕緣電阻表的屏蔽端直接流回絕緣電阻表的電流負極，不流過測量機構，也就不會帶來誤差，從而消除水中泄漏電流的影響，從而使得測試電流等于I絕緣泄漏。根據相關規定，在測量發電機絕緣電阻之前，內冷水水質合格，用萬用表測量匯水管對地阻值RH大于30 kΩ，匯水管對繞組阻值RY大于100 kΩ，方可進行絕緣電阻的測量。

3 發電機絕緣電阻測量的影響因素

3.1 溫度的影響

溫度對發電機絕緣電阻的影響很大，一般絕緣電阻是隨溫度的上升而減小的，原因在于絕緣材料電阻系數很大，其導電性質是離子性的。在離子性導電中，作為電流流動的電荷是附在分子上的，它不能脫離分子而移動。當絕緣材料中存在一部分從結晶晶體中分離出來的離子后，材料就具備一定的導電能力，當溫度升高時，材料中原子、分子的活動增加，產生離子的數目也增加，因而導電能力增加，致使絕緣電阻值降低。資料文獻表明，溫度每升高10 ℃，絕緣電阻值就下降一半，因此，每次測量的絕緣電阻值均應換算到同一溫度才能進行比較。換算公式如下：

式中，Ri75℃為溫度在75 ℃時的絕緣電阻值(MΩ)；Rit為溫度在t℃時的絕緣電阻值(MΩ)；t為測量時的溫度(℃)。

3.2 濕度的影響

濕度對絕緣表面泄漏電流的影響很大，實測表明，在空氣相對濕度較大時進行絕緣電阻試驗，所測出的數據與實際值相差甚多，使測量結果無法作為參考。水膜和電場畸變是造成測量值與實際值差別甚大的主要原因。當空氣相對濕度較大時，絕緣物表面將出現凝露或附著一層水膜，導致表面絕緣電阻大大降低，表面泄漏電流大大增加。另外，凝露和水膜還可能導致導體和絕緣物表面電場發生畸變，電場分布更不均勻，從而產生電暈現象，直接影響測量結果。

3.3 發電機出口附屬設備的影響

與發電機出線相連的設備主要包括封閉母線、勵磁變壓器、發電機中性點接地變壓器、電壓互感器、避雷器、發電機出口斷路器等。因發電機啟機前需測量絕緣電阻，由于時間關系，測量發電機絕緣電阻時會將以上設備一并帶入測量，這樣測得的值就是所有設備絕緣電阻的并聯值，若所有設備的絕緣均良好的情況下，測量值滿足要求，可以作為啟機參考，若發現絕緣值較低時，則需要檢查排除。

3.4 極化電勢的影響

在通水狀態下，測量發電機定子繞組絕緣電阻時，有時會發現測量A相絕緣電阻時數值正常，但當測量B相或C相絕緣電阻時，絕緣電阻表指針指向無窮大。這是由于初始測量A相絕緣電阻時，三相介質處于原始狀態，無極化現象，因此A相絕緣電阻值測量正常。但當測量A相絕緣電阻時會對絕緣介質產生極化，且極化電勢的放電時間較長，極化電勢通過水阻對機座放電，當極化電勢與測試電壓反向時，所測量的絕緣電阻值比繞組的實際絕緣電阻大;若極化泄漏電流比絕緣泄漏電流大，絕緣電阻表的指針就會指向無窮大。

若測量發電機定子繞組絕緣電阻時存在此類現象，可通過以下方法判斷。

(1) 由于極化電勢的存在，會使匯水管上串有幾十毫伏的直流電壓，匯水管上所帶的直流電壓越高，絕緣電阻表指針擺動的幅度越明顯。因此可用萬用表測量匯水管對基座的直流電壓，如果為幾十毫伏至幾百毫伏，說明是極化電勢的影響。

(2) 用萬用表測量匯水管對繞組的電阻值RY及匯水管對地的電阻值RH，若正、反向測量值不一致，說明是極化電勢的影響。

為了消除極化電勢對測量結果的影響，可將發電機定子繞組及匯水管對地充分放電，且放電時間要足夠長，或者使用極化電勢補償功能較強的絕緣電阻表測量。

3.5 內冷水水質的影響

水內冷發電機對內冷水的水質是有嚴格要求的，內冷水運行系統是獨立封閉的，而且是不斷循環的過程，使用時間過長后，內冷水的水質也會變差，主要是因為水在循環的過程中與發電機金屬部件及空氣接觸產生雜質而影響內冷水的質量，導致電導率增大、銅離子含量超標等。電導率大會影響發電機絕緣電阻的測量；銅離子含量超標會使匯水管產生極化電勢，也會影響發電機絕緣電阻的正常測量。根據DL/T 801—2010《大型發電機內冷卻水質及系統技術要求》標準，內冷卻水水質應符合表1規定。

表1 發電機定子空心銅導線冷卻水水質控制標準

3.6 匯水管屏蔽線斷線

匯水管屏蔽線接到絕緣電阻表的屏蔽端，可將水中的泄漏電流屏蔽掉，不流過測量機構，從而消除了水中泄漏電流的影響，測量的絕緣電阻值為正常值。若有一側匯水管屏蔽線斷線，則斷線的匯水管對地電流將無法被屏蔽掉，造成部分匯水管與繞組間的阻值RY與繞組對地絕緣電阻RX并聯，由于RX值很大，產生的電流很小，而RY僅為幾百千歐，產生的電流很大，該電流將經過絕緣電阻表的測量機構，導致測量回路電流大大增加，因此測量的絕緣電阻會大大降低。

3.7 匯水管接地

若存在匯水管絕緣低或絕緣為零的情況，可從以下幾方面進行查找。

(1) 發電機匯水管冷卻水進、出口法蘭的絕緣。

(2) 發電機兩側匯水管排污口法蘭的絕緣。

(3) 發電機出線盒小匯水管排污口法蘭的絕緣。

(4) 絕緣引水管法蘭的絕緣。

(5) 埋入匯水管內的測溫元件的絕緣。

(6) 支撐匯水管的加強筋的絕緣。

(7) 發電機內冷水的導電性能。

4 結束語

由于發電機系統較復雜，在絕緣電阻測量過程中，經常會遇到各種各樣的問題，因此作為電氣試驗人員，一定要了解發電機的絕緣結構，對測量中出現的問題要有判斷的方向和依據，做到及時、有效地解決問題。