大型蒸發(fā)冷卻發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻測(cè)試及分析

熊 舟，何 強(qiáng)，趙世海，呂曉雯，焦東圍

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北省宜昌市 443133）

0 引言

測(cè)量絕緣電阻有助于發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備中影響絕緣的異物、絕緣受潮和臟污、絕緣油嚴(yán)重劣化、絕緣擊穿和嚴(yán)重?zé)崂匣热毕輀1]。發(fā)電機(jī)在投運(yùn)前必須進(jìn)行定子繞組絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)，準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組的絕緣參數(shù)，對(duì)于發(fā)電機(jī)能否投入運(yùn)行以及日后的安全穩(wěn)定運(yùn)行都非常重要[2]。某電站安裝了2 臺(tái)700MW 蒸發(fā)冷卻機(jī)組，機(jī)組號(hào)分別為27F、28F，2022 年11 月21 日，測(cè)量27F 定子繞組絕緣電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值偏低，定子繞組絕緣電阻為4.07MΩ，吸收比為1.04，不滿足規(guī)程要求[3]。

1 發(fā)電機(jī)定子繞組蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)定子繞組采用定子線棒密閉自循環(huán)蒸發(fā)冷卻，按照冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向，主要為：回液管、下集液環(huán)管、下絕緣引流管、定子線棒、上絕緣引流管、上集汽環(huán)管、上導(dǎo)流管、冷凝器，以及管路內(nèi)部充入適量的冷卻介質(zhì)等，同時(shí)各冷卻單元通過(guò)冷凝器上部的均壓管連接成整體，形成蒸發(fā)冷卻循環(huán)回路[4][5]，如圖1 所示。

圖1 蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Structure chart of evaporative cooling system

其中，上集汽環(huán)管通過(guò)與上導(dǎo)流管的法蘭處辮子接地，下集液環(huán)管通過(guò)引出線接至下風(fēng)洞接地銅排處，如圖2 所示。

圖2 上、下環(huán)管接地圖Figure 2 Structure chart of ground connection of the upper and lower ring pipe

2 定子繞組絕緣電阻測(cè)量原理

蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)采用絕緣性能好的冷卻介質(zhì)，測(cè)量定子繞組絕緣電阻時(shí)，測(cè)量方法分為不接屏蔽端測(cè)量和接屏蔽端測(cè)量?jī)煞N。

2.1 不接屏蔽端定子繞組絕緣電阻測(cè)量原理

當(dāng)上集汽環(huán)管、下集液環(huán)管不接儀器屏蔽端時(shí)，測(cè)量原理圖如圖3 所示，Rx為定子繞組絕緣電阻，Ry上為定子繞組對(duì)上集汽環(huán)管絕緣電阻，Ry下為定子繞組對(duì)下集液環(huán)管絕緣電阻，Ry上、Ry下的大小會(huì)影響到絕緣電阻測(cè)量的準(zhǔn)確度。

圖3 不接屏蔽端定子繞組絕緣電阻測(cè)量原理圖Figure 3 Schematic diagram of measurement of insulation resistance of stator winding without connecting shielding terminal

2.2 接屏蔽端定子繞組絕緣電阻測(cè)量原理

接屏蔽端時(shí)，一般采用低壓屏蔽法[6]，由于發(fā)電機(jī)定子繞組存在冷卻系統(tǒng)，測(cè)量定子繞組絕緣電阻時(shí)，一部分電流Ix流過(guò)定子繞組，另一部分電流Iy上、Iy下流過(guò)冷卻介質(zhì)，若幾者混合在一起，則不能準(zhǔn)確測(cè)量定子繞組的絕緣電阻，因此，必須采用低壓屏蔽法將兩者電流區(qū)分開(kāi)來(lái)[7]。

當(dāng)上集汽環(huán)管、下集液環(huán)管接儀器屏蔽端時(shí)，測(cè)量原理圖如圖4 所示，RH上為上集汽環(huán)管對(duì)地電阻，RH下為下集液環(huán)管對(duì)地電阻。由于微安表與環(huán)管的對(duì)地電阻RH上、RH下并聯(lián)，微安表上的讀數(shù)實(shí)際小于IX，這說(shuō)明RH上、RH下的大小會(huì)影響到絕緣電阻測(cè)量的準(zhǔn)確度。

圖4 接屏蔽端定子繞組絕緣電阻測(cè)量原理圖Figure 4 Schematic diagram of measurement of insulation resistance of stator winding with connecting shielding terminal

3 分析處理過(guò)程

影響定子絕緣電阻測(cè)量的因素主要有溫濕度、連接設(shè)備、表面臟污、蒸發(fā)冷卻介質(zhì)等。

3.1 溫濕度的影響

一般情況下，絕緣電阻隨溫度升高而降低。空氣相對(duì)濕度增大時(shí)，絕緣物表面會(huì)吸附許多水分使表面電導(dǎo)率增加，絕緣電阻降低。當(dāng)絕緣物表面形成連通水膜時(shí)，絕緣電阻更低[8]。測(cè)量27F 發(fā)電機(jī)定子絕緣電阻時(shí)，發(fā)電機(jī)下風(fēng)洞內(nèi)排水溝有積水，將積水清理干凈后并將風(fēng)洞機(jī)坑加熱器投入運(yùn)行，運(yùn)行兩天后再進(jìn)行測(cè)量，定子絕緣電阻測(cè)量值仍為4MΩ（溫度25℃，濕度30%），溫濕度不是27F 發(fā)電機(jī)定子絕緣電阻測(cè)量值偏低的影響因素。

3.2 連接設(shè)備的影響

測(cè)量定子繞組整體對(duì)地絕緣電阻時(shí)，測(cè)量值包括發(fā)電機(jī)、封閉母線、勵(lì)磁變壓器等連接設(shè)備的絕緣電阻，連接設(shè)備的絕緣情況對(duì)測(cè)量值影響很大。將相關(guān)設(shè)備斷引后測(cè)量絕緣電阻，見(jiàn)表1，連接設(shè)備不是27F 發(fā)電機(jī)定子絕緣電阻測(cè)量值偏低的影響因素。

表1 連接設(shè)備斷引后絕緣電阻測(cè)量值Table 1 Measured value of the insulation resistance with equipment disconnection

3.3 表面臟污的影響

電力設(shè)備的表面臟污使設(shè)備表面電阻大大降低，絕緣電阻顯著下降[9]。對(duì)27F 發(fā)電機(jī)定子繞組端部進(jìn)行清洗后測(cè)量絕緣電阻，測(cè)量值見(jiàn)表2，定子繞組端部清洗前后絕緣電阻測(cè)量值基本一致，表面臟污不是27F 發(fā)電機(jī)定子絕緣電阻測(cè)量值偏低的影響因素。

3.4 蒸發(fā)冷卻介質(zhì)的影響

由圖1 可知，蒸發(fā)冷卻介質(zhì)流過(guò)整個(gè)測(cè)量回路，會(huì)影響定子絕緣電阻測(cè)量結(jié)果，充液狀態(tài)下時(shí)，測(cè)量Ry上、Ry下，測(cè)量值見(jiàn)表3，不接屏蔽端時(shí)，由于Ry下較低，導(dǎo)致Rx較低。Ry上、Ry下差異較大，是由于充液時(shí)冷卻介質(zhì)未完全充滿回路，上絕緣引流管、上集汽環(huán)管內(nèi)無(wú)介質(zhì)。

接屏蔽端時(shí)，RH上、RH下的大小會(huì)影響到絕緣電阻測(cè)量的準(zhǔn)確度，絕緣兆歐表準(zhǔn)確測(cè)量要求Ry上、Ry下均不小于28.5kΩ，RH上、RH下均不小于3kΩ。測(cè)量RH上、RH下的值，RH上為70kΩ，RH下為0Ω，下集液環(huán)管存在接地情況，定子繞組絕緣電阻測(cè)量值實(shí)際為Ry下的值，無(wú)法反映發(fā)電機(jī)定子繞組真實(shí)絕緣情況。

對(duì)下集液管接地點(diǎn)進(jìn)行處理，重新墊上NOMEX 紙，如圖5 所示，處理完后測(cè)量下集液環(huán)管對(duì)地電阻為60kΩ，滿足儀器測(cè)量條件。

圖5 下集液管接地點(diǎn)處理Figure 5 Treatment of ground connection of the lower ring pipe

采取接屏蔽端和不接屏蔽端兩種方法分別測(cè)量定子繞組絕緣電阻，同時(shí)為了研究冷卻介質(zhì)對(duì)測(cè)量值的影響，對(duì)定子繞組進(jìn)行排液后再分別進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量值見(jiàn)表4，冷卻介質(zhì)對(duì)定子繞組絕緣電阻測(cè)量值有影響。

表4 不同測(cè)試條件下27F 定子繞組絕緣電阻測(cè)量值Table 4 Measured value of the insulation resistance of 27F stator winding under different test conditions

為進(jìn)一步研究冷卻介質(zhì)的影響，在同類型機(jī)組（28F）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5、表6。

表5 不同測(cè)試條件下28F 定子繞組絕緣電阻測(cè)量值Table 5 Measured value of the insulation resistance of 28F stator winding under different test conditions

表6 Ry 下及RH 下測(cè)量對(duì)比試驗(yàn)Table 6 Measurement comparison test of Ry 下 and RH 下

通過(guò)冷卻介質(zhì)對(duì)比試驗(yàn)，兩臺(tái)機(jī)組差異不大，介質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（見(jiàn)表7）[10]。在充液狀態(tài)下，不接屏蔽端時(shí)，27F 定子繞組絕緣電阻測(cè)量值為10.4MΩ，28F 定子繞組絕緣電阻測(cè)量值為172MΩ，二者差距較大，在排液狀態(tài)下，二者差異不大，后續(xù)進(jìn)一步研究不接屏蔽端時(shí)兩臺(tái)機(jī)組定子繞組絕緣電阻測(cè)量值差異較大原因。

表7 冷卻介質(zhì)對(duì)比試驗(yàn)Table 7 Contrast test of cooling medium

4 結(jié)論

本文結(jié)合發(fā)電機(jī)定子繞組蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)組成，提出了不接屏蔽端和接屏蔽端兩種測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻測(cè)量方法，通過(guò)同類型機(jī)組對(duì)比試驗(yàn)，在充液狀態(tài)下，為準(zhǔn)確測(cè)量定子繞組絕緣電阻，建議采用接屏蔽端方式進(jìn)行測(cè)量。