大型發(fā)電機超低頻交流耐壓試驗研究

劉展麟 尹紅

摘 要：文章提出了一種由超低頻正弦波高壓發(fā)生器與超低頻電壓測量系統(tǒng)相結(jié)合的超低頻耐壓試驗設(shè)備，并對該試驗設(shè)備應(yīng)用于交流耐壓試驗中的優(yōu)勢進行了分析，然后結(jié)合某核電站3#發(fā)電機組交流耐壓試驗實例，分析了該耐壓試驗設(shè)備的實際應(yīng)用方法與步驟，證實了大型發(fā)電機超低頻交流耐壓試驗的可行性與可靠性，值得重視。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；超低頻；交流耐壓試驗

在核電廠電機容量不斷增加的背景之下，發(fā)電機繞組相對于基座以及大地的電容呈現(xiàn)出了較快的發(fā)展趨勢。在針對電機定子繞組進行工頻交流耐壓試驗的過程當(dāng)中，需要投入耐壓試驗中的變壓器容量也有非常明顯的提升趨勢，對應(yīng)的試驗裝置與設(shè)備規(guī)模較大，在實際操作中存在非常多的不便之處。針對該問題，有關(guān)研究人員的提出可以嘗試降低交流耐壓試驗的工作頻率，將常規(guī)的50Hz工頻下降至0.1Hz超低頻狀態(tài)下進行試驗，其目的是降低被試驗發(fā)電機的容量單位，即可以使用低容量的試驗設(shè)備完成較高工頻試驗的目的，由此可見其對驗證核電廠大型發(fā)電機耐壓性能的重要價值。

1 超低頻耐壓試驗設(shè)備基本構(gòu)成

超低頻耐壓試驗設(shè)備的主要構(gòu)成包括兩個部分，其一是超低頻正弦波高壓發(fā)生器，其二是超低頻電壓測量系統(tǒng)。對于第一部分而言，其主要工作原理是先由工頻電源通過整流處理的方式形成相對穩(wěn)定的直流電壓，然后自逆變電流轉(zhuǎn)換形成1000Hz高頻電壓。高頻電壓受到0.1Hz超低頻振蕩電壓的調(diào)制與影響，經(jīng)過升壓以及整流等一系列操作可形成負(fù)極性高壓以及正極性高壓，再經(jīng)過壓敏元件的峰位換相處理，可形成正弦波電壓，并在電容器支持下進行解調(diào)，最終輸出0.1Hz超低頻正弦波高電壓。第二部分則在分壓器的支持下對高壓信號進行分壓，然后對分壓所產(chǎn)生的信號進行采樣，采樣數(shù)據(jù)傳輸至終端顯示器中進行顯示，并通過單片機對試驗電壓值進行計算，最終于終端顯示試驗結(jié)果。

2 利用超低頻耐壓試驗設(shè)備進行交流耐壓實驗的優(yōu)勢

在利用超低頻耐壓試驗設(shè)備對大型發(fā)電機定子繞組進行耐壓試驗的過程當(dāng)中，設(shè)備的體積較小，工作步驟簡單，有較高的可行性。同時，實際應(yīng)用中，這種基于超低頻的交流耐壓試驗方法還呈現(xiàn)出了以下幾個方面的突出優(yōu)勢：

第一，大型發(fā)電機超低頻耐壓試驗設(shè)備具有支持交流耐壓試驗的特點。即對于核電廠復(fù)合電機而言，其內(nèi)部結(jié)緣介質(zhì)上電壓分布是以電容為依據(jù)的。換句話來說，對于50Hz頻率以及0.1Hz頻率而言，兩種狀態(tài)下的電壓分布有高度一致的特點，因此工頻耐壓試驗與超低頻耐壓試驗具有較高等效性特點。

第二，大型發(fā)電機超低頻耐壓試驗設(shè)備能夠準(zhǔn)確顯示大型發(fā)電機繞組端部存在的絕緣缺陷問題。在工頻電壓的運行工況下，電容電流自線棒流出后經(jīng)過絕緣外半導(dǎo)體防暈層時會發(fā)生較大的電壓降現(xiàn)象，進而致使大型發(fā)電機繞組端部絕緣線棒所承受的電壓水平明顯下降。而在超低頻運行工況的作用之下，由于電壓頻率降低趨勢明顯，則自線棒所流出的電容電流有非常明顯的下降趨勢，這也就意味著半導(dǎo)體防暈層中壓降下降明顯，增加繞組端部絕緣層電壓水平，進而在繞組端部絕緣缺陷的判斷上更加的準(zhǔn)確與及時。

第三，大型發(fā)電機超低頻耐壓試驗設(shè)備的應(yīng)用還能夠有效減少大型發(fā)電機在交流耐壓試驗過程中絕緣內(nèi)部的局部放電量，同時對延長電機絕緣使用壽命也有重要價值。

3 應(yīng)用實例分析

3.1 試驗概況

XX年XX月XX日，在某核電站3#發(fā)電機大修過程中以0.1MHz超低頻耐壓試驗設(shè)備及試驗方法替代常規(guī)50.0Hz工頻耐壓試驗方法進行交流耐壓試驗。3#發(fā)電機基本技術(shù)參數(shù)為：（1）額定電壓=20.0kV；（2）額定電流=9339.0A；（3）額定功率=330.0MW；（4）額定功率因數(shù)=0.85。

3.2 試驗步驟

第一步，按照設(shè)計方法連接大型發(fā)電機超低頻耐壓試驗設(shè)備，安排工作人員對接線情況進行詳細(xì)檢查，在確認(rèn)無誤后合上電源開關(guān)，并開啟實驗控制器。

第二步，對大型發(fā)電機超低頻耐壓試驗設(shè)備中相關(guān)試驗參數(shù)進行設(shè)置：（1）輸出頻率=0.1MHz；（2）試驗時間=60.0s；（3）試驗電壓=50.9kV；（4）過電壓保護值=55.9kV；（5）過電流保護值=0.1mA。

第三步，即按下大型發(fā)電機超低頻耐壓試驗設(shè)備中升壓按鈕，使試驗設(shè)備自動進入升壓狀態(tài)下，在升壓過程中將電壓勻速自0提升至50.0kV。

第四步，在試驗設(shè)備電壓提升至50.0kV后，操作大型發(fā)電機超低頻耐壓試驗設(shè)備中電壓微調(diào)按鈕對電壓進行調(diào)整，以達(dá)到50.9kV的試驗電壓為控制標(biāo)準(zhǔn)，然后開始計時，時間達(dá)到60.0s后勻速降壓并執(zhí)行放電操作。

第五步，在發(fā)電機進行交流耐壓試驗前、試驗后，針對不同時刻狀態(tài)下絕緣電阻參數(shù)以及對應(yīng)比值進行計算，以此作為依據(jù)來判定該發(fā)電機絕緣性能是否存在缺陷。

3.3 試驗結(jié)果

結(jié)合相關(guān)研究數(shù)據(jù)來看，在絕緣性能發(fā)生缺陷時，電流吸收反應(yīng)不明顯，且隨著時間的延長，電流取值有緩慢下降的趨勢。在本次研究中，以50.09kV作為試驗電壓，該狀態(tài)下測試3#發(fā)電機在15.0s以及60s狀態(tài)下的絕緣電阻以及吸收比。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示（見表1）。結(jié)合表1數(shù)據(jù)來看，在發(fā)電機進行交流耐壓試驗前、試驗后，各相絕緣電參數(shù)以及吸收比變化不明顯，與有關(guān)規(guī)程要求相符合，因此認(rèn)為對于3#發(fā)電機而言，絕緣電阻在交流耐壓試驗過程當(dāng)中未發(fā)生閃絡(luò)或絕緣擊穿等問題，試驗性能合格、可靠。

4 結(jié)束語

核電站發(fā)電機多為百萬千瓦級大型核電機組，在完成對發(fā)電機的安裝作業(yè)后需要及時進行交流、直流耐壓試驗，其目的是對發(fā)電機的絕緣性能有一個全面的檢驗與評估。其中，直流耐壓試驗的目的是評估發(fā)電機是否存在間隙性缺陷以及端部缺陷，而對于交流耐壓試驗而言，由于試驗過程當(dāng)中的電壓波形，工作頻率與發(fā)電機工作電壓一致，因此作用于絕緣內(nèi)部的電壓分布以及擊穿性能與發(fā)電機的工作狀態(tài)相符，對絕緣的劣化和熱擊穿的效應(yīng)而言，交流耐壓試驗?zāi)苡行Оl(fā)現(xiàn)槽部絕緣缺陷。為提高交流耐壓試驗的精確性，同時簡化試驗操作，本次研究中提出一種可適用于大型發(fā)電機交流耐壓試驗的方法，引入超低頻耐壓試驗設(shè)備進行耐壓試驗，對保障試驗結(jié)果的精確性有重要意義，值得重視。

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