發(fā)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)泄漏電流過(guò)大的分析處理

冉旺，張征平，林德泉，陶柳鳳，徐展鋒，孫文星

(1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州510080；2. 廣州粵能電力科技開(kāi)發(fā)有限公司，廣東 廣州 510075)

發(fā)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)泄漏電流過(guò)大的分析處理

冉旺1，張征平1，林德泉2，陶柳鳳2，徐展鋒2，孫文星1

(1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州510080；2. 廣州粵能電力科技開(kāi)發(fā)有限公司，廣東 廣州 510075)

摘要：針對(duì)發(fā)電機(jī)交接試驗(yàn)中出現(xiàn)三相絕緣電阻值極不平衡、泄漏電流過(guò)大的問(wèn)題，介紹了發(fā)電機(jī)泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)的基本原理，分析了泄漏電流過(guò)大的原因；介紹了處理措施和試驗(yàn)過(guò)程，采用由易到難、逐步分解的方法，排查可能導(dǎo)致泄漏電流過(guò)大的因素?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)例證明，采用該處理流程，可清晰無(wú)誤地查找到導(dǎo)致泄漏電流過(guò)大的部位，經(jīng)處理后發(fā)電機(jī)泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)結(jié)果合格。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；泄漏電流；直流耐壓；套管；絕緣電阻

在高壓發(fā)電機(jī)的絕緣測(cè)試工作中，定子繞組的泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)，是一種常用的檢查定子繞組絕緣狀態(tài)的方法。泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)可以靈敏地反映夾層絕緣的內(nèi)部受潮及局部松散斷裂、絕緣的沿面炭化等狀況，能有效地反映發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣內(nèi)部的集中性缺陷。因此，無(wú)論發(fā)電機(jī)交接還是檢修，泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)都是不可或缺的一項(xiàng)重要試驗(yàn)[1-5]。

2015年4月，HF電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)在進(jìn)行交接試驗(yàn)中的定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)U、V、W三相(舊稱(chēng)A、B、C三相)定子繞組的泄漏電流異常大。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)試驗(yàn)電壓升至發(fā)電機(jī)額定電壓Ur時(shí)(最高試驗(yàn)電壓應(yīng)為3倍額定電壓)，泄漏電流就超過(guò)了1 000μA。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，泄漏電流不斷增大。GB50150—2006《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》[6]的規(guī)定如下：a)各相泄漏電流的差別不應(yīng)大于最小值的1倍；b)泄漏電流不應(yīng)隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大；c)泄漏電流隨電壓不成比例地顯著增長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析；d)當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果不符合a)和b)規(guī)定之一時(shí)，應(yīng)找出原因，并將其消除。

為此進(jìn)行了一系列的分析、處理和試驗(yàn)，最終找到并消除了缺陷。

1試驗(yàn)情況

1.1發(fā)電機(jī)泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)

圖1是水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)接線圖[7]。

圖1　定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)接線圖

圖2是發(fā)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)中泄漏電流變化的一些典型曲線[3]。

1-4為泄漏電流變化的4條典型曲線；Ut為試驗(yàn)電壓的最高電壓值。圖2　發(fā)電機(jī)的典型泄漏電流曲線

圖2中，對(duì)于絕緣良好的發(fā)電機(jī)，泄漏電流隨著電壓的升高而直線上升，且電流值較小，如曲線1所示；如果絕緣受潮，但絕緣本身并不存在缺陷，則泄漏電流數(shù)值增大的趨勢(shì)如曲線2所示，這種情況下除潮以后，泄漏電流就會(huì)大大降低；如果絕緣存在局部缺陷或集中性缺陷，則泄漏電流的變化如曲線3所示，這時(shí)要找出原因并消缺；曲線4所示，在0.5Ut附近，泄漏電流即急劇上升，那么這臺(tái)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)有擊穿的危險(xiǎn)，必須處理方能投入運(yùn)行。

1.2首次試驗(yàn)情況

HF電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

在試驗(yàn)前，完成了被試發(fā)電機(jī)定子繞組的充分放電，消除了殘余電荷。先測(cè)量了發(fā)電機(jī)三相定子繞組的絕緣電阻和吸收比，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，三相絕緣電阻值極不平衡，絕緣電阻最大值的W相與絕緣電阻最小的V相差值相差2 552%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定(各相絕緣電阻的不平衡系數(shù)不應(yīng)大于2)，吸收比也不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求(不應(yīng)小于1.6)。

表1　HF電廠1號(hào)THDF 125/67型發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)

注：1號(hào)發(fā)電機(jī)的制造廠家為上海電氣電站設(shè)備有限公司上海發(fā)電機(jī)廠。

表2耐壓前絕緣電阻和吸收比數(shù)值

相別R15s/GΩR60s/GΩ吸收比絕緣電阻差值比/%U—V、W、E0.250.281.12508V—U、W、E0.0330.0461.39W—U、V、E0.791.221.542552

注：U、V、W分別表示發(fā)電機(jī)定子的三相，E表示接地，“U—V、W、E”表示“U相相對(duì)于V相、W相、接地”；“絕緣電阻差值比”表示各分支絕緣電阻值的差值與最小值的比值；R15 s、R60 s分別為電壓升至試驗(yàn)要求值后，第15s、60s時(shí)的絕緣電阻值。

對(duì)發(fā)電機(jī)定子出線室作簡(jiǎn)單烘潮處理后，再次測(cè)量發(fā)電機(jī)的絕緣電阻與吸收比，結(jié)果仍不正常。僅通過(guò)絕緣電阻和吸收比的數(shù)值，無(wú)法判斷這臺(tái)發(fā)電機(jī)定子繞組的絕緣是否存在缺陷，若要作出進(jìn)一步的判斷，則需進(jìn)行泄漏電流和直流耐壓的測(cè)量與試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)相關(guān)人員討論，一致認(rèn)為可以繼續(xù)進(jìn)行泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)，這主要是基于以下兩個(gè)原因：

a)在試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)條件的說(shuō)明中，并未對(duì)絕緣電阻和吸收比作出明確的要求；

b)雖然表2中三相定子繞組的絕緣電阻存在不平衡的現(xiàn)象，但從各相的值來(lái)看，每相絕緣電阻的絕對(duì)值均較大，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這種情況下可以對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)。

試驗(yàn)采用低壓屏蔽法接線，試驗(yàn)時(shí)內(nèi)冷水導(dǎo)電率符合要求。發(fā)電機(jī)額定電壓Ur=27kV，根據(jù)GB50150—2006標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)的試驗(yàn)電壓為3Ur，即試驗(yàn)電壓應(yīng)升至81kV。

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，其中試驗(yàn)電壓按每級(jí)0.5 Ur分階段升高，每階段停留1min。

表3第1次泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)電壓/kV三相泄漏電流/μAUVW13.573070097027.075095099040.5800儀器跳閘儀器跳閘54.0儀器跳閘

從表3的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，1號(hào)發(fā)電機(jī)的泄漏電流很大，升壓至額定電壓時(shí)泄漏電流已達(dá)到1 000μA，且升壓過(guò)程中電流表計(jì)的指針一直劇烈地?cái)[動(dòng)。繼續(xù)升壓，U、V、W三相泄漏電流均超過(guò)儀器的最大量程(1 000μA)，導(dǎo)致試驗(yàn)儀器跳閘，無(wú)法升至更高電壓。U、V、W三相試驗(yàn)中儀器跳閘時(shí)試驗(yàn)電壓分別為51kV、36.3kV、40.5kV。

圖3是本次試驗(yàn)泄漏電流的曲線，從曲線可見(jiàn)，發(fā)電機(jī)定子繞組的三相泄漏電流差異很大，每一相的絕緣特性都不一樣。

圖3　首次試驗(yàn)泄漏電流曲線

試驗(yàn)結(jié)果中，雖然各相泄漏電流的差值與最小值相比小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的100%，但是泄漏電流值異常的大，而且試驗(yàn)現(xiàn)象不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的如下兩點(diǎn)：泄漏電流不應(yīng)隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大；泄漏電流不應(yīng)隨電壓不成比例的顯著增長(zhǎng)。因此試驗(yàn)結(jié)果的泄漏電流是不合格的。

2分析與處理

排除了測(cè)量誤差、設(shè)備屏蔽等問(wèn)題后，發(fā)電機(jī)泄漏電流過(guò)大可能存在的主要原因如下[8-11]：

a)發(fā)電機(jī)定子繞組的絕緣存在缺陷；

b)出線套管或者中性點(diǎn)套管的絕緣存在缺陷；

c)出線套管或者中性點(diǎn)套管表面存在臟污；

d)絕緣表面受潮。

由于該發(fā)電機(jī)是尚未投產(chǎn)的新機(jī)組，分析認(rèn)為定子繞組本身出現(xiàn)絕緣缺陷的可能性并不大，三相定子繞組同時(shí)存在缺陷的概率則更低，所以暫不考慮發(fā)電機(jī)定子繞組存在絕緣缺陷的可能性，重點(diǎn)考慮后3個(gè)原因，并根據(jù)解決問(wèn)題的難易程度，從易到難進(jìn)行處理。

2.1除潮處理

HF電廠位于海邊，空氣相對(duì)濕度較大，試驗(yàn)期間日平均相對(duì)濕度接近80%，因此發(fā)電機(jī)絕緣有受潮的可能，于是對(duì)發(fā)電機(jī)整體做了烘潮處理：將內(nèi)冷水的水溫升高至50 ℃(環(huán)境溫度為29 ℃)，由內(nèi)而外驅(qū)散發(fā)電機(jī)定子絕緣表面的水分，同時(shí)在定子出線盒內(nèi)輔以暖風(fēng)烘潮，烘干出線套管和中性點(diǎn)套管的表面[12]。烘潮20h后測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組的絕緣電阻和吸收比，數(shù)值見(jiàn)表4。

表4烘潮后絕緣電阻和吸收比數(shù)值

相別R15s/GΩR60s/GΩ吸收比絕緣電阻差值比/%U—V、W、E0.0350.0401.14V—U、W、E0.340.702.061650W—U、V、E0.230.391.70875

可見(jiàn)，烘潮后絕緣并未有明顯的改善，定子繞組三相絕緣電阻值仍極不平衡。

2.2清潔套管表面臟污

以上結(jié)果可排除表面受潮對(duì)絕緣的影響，于是進(jìn)行了第3個(gè)因素的排查處理：清潔出線套管和中性點(diǎn)套管的表面臟污。使用酒精和干凈的抹布，清潔了中性點(diǎn)套管、出線套管、出線電流互感器(CT)表面可以觸及的部分。先后完成了兩次清潔工作，每次清潔工作后，均測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組的絕緣電阻和吸收比，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5清潔套管臟污后絕緣電阻和吸收比數(shù)值

相別R15s/GΩR60s/GΩ吸收比絕緣電阻差值比/%備注U—V、W、EV—U、W、EW—U、V、E0.281.240.960.353.382.291.252.732.39866554第1次清潔后U—V、W、EV—U、W、EW—U、V、E0.150.770.720.181.441.381.201.871.92700667第2次清潔后

從表5可見(jiàn)，多次擦拭后定子繞組三相絕緣電阻值仍極不平衡，擦拭套管對(duì)定子繞組的絕緣電阻并沒(méi)有明顯的改善效果。

2.3拆除套管

在整體烘潮發(fā)電機(jī)、清潔出線套管及中性點(diǎn)套管后，發(fā)電機(jī)絕緣依然沒(méi)有得到明顯的改善。經(jīng)研究討論，懷疑套管可能存在缺陷，處理辦法是先拆除其中一相定子繞組的出線套管和中性點(diǎn)套管。在實(shí)際處理中先拆除了W相的套管，然后測(cè)量發(fā)電機(jī)W相定子繞組絕緣電阻，并進(jìn)行泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，未按照試驗(yàn)方案以0.5 Ur為等級(jí)升壓，而是以5kV為電壓等級(jí)，這樣做的目的是緩慢升壓，以防止損壞發(fā)電機(jī)定子絕緣。表6是本次試驗(yàn)W相定子繞組的泄漏電流。

表6W相(不帶套管)泄漏電流

試驗(yàn)電壓/kV電流/μA541061572012

比較表6與表3的數(shù)據(jù)，可見(jiàn)W相拆除套管后，定子繞組的泄漏電流明顯減小。由此可以得出初步結(jié)論，即試驗(yàn)過(guò)程中泄漏電流過(guò)大的原因并不是發(fā)電機(jī)定子絕緣缺陷，而在于套管。

進(jìn)一步拆除U相、V相套管，測(cè)量三相定子繞組的絕緣電阻和吸收比，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7三相套管拆除后定子絕緣電阻和吸收比

相別R15s/GΩR60s/GΩ吸收比絕緣電阻差值比/%U—V、W、E0.821.081.31V—U、W、E1.031.321.2822W—U、V、E0.761.241.6315

由表7可見(jiàn)，在套管全部拆除以后，發(fā)電機(jī)定子繞組三相絕緣電阻是平衡的。再次證實(shí)了之前測(cè)量的絕緣電阻不平衡是由套管導(dǎo)致的。由此，基本排除了發(fā)電機(jī)本體存在定子絕緣缺陷的可能性。

2.4廠家處理

套管出現(xiàn)的問(wèn)題有2種可能性，第1種是套管存在臟污，第2種是套管絕緣存在缺陷。由于之前已經(jīng)完成了對(duì)套管的清潔，因此懷疑是套管本身的絕緣存在缺陷。套管廠家對(duì)拆下來(lái)的套管完成了處理，再對(duì)套管進(jìn)行單獨(dú)的絕緣電阻和吸收比測(cè)量、泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)，以查找存在缺陷的套管。處理后的套管的絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表8，處理后的套管的泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表9。由于套管是單一的絕緣結(jié)構(gòu)，基本不呈現(xiàn)吸收現(xiàn)象，因此不考核其吸收比。

表8處理后的三相套管的絕緣電阻

相別套管位置R60s/GΩU出線套管中性點(diǎn)套管19.97>20V出線套管中性點(diǎn)套管>20>20W出線套管中性點(diǎn)套管>2010.25

表9處理后的三相套管的泄漏電流

試驗(yàn)電壓/kV泄漏電流/μAU相V相W相出線套管中性點(diǎn)套管出線套管中性點(diǎn)套管出線套管中性點(diǎn)套管52.01.01.01.01.00.5103.01.02.01.01.01.0153.02.02.51.01.02.0203.52.03.02.01.52.0

從表8可見(jiàn)，套管絕緣電阻值均大于10GΩ；從表9可見(jiàn)，三相套管泄漏電流很小，且在試驗(yàn)過(guò)程中，泄漏電流并不會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。因此經(jīng)過(guò)廠家處理以后的套管絕緣是合格的。

2.5套管回裝

由于發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣并不存在缺陷，套管經(jīng)過(guò)處理后絕緣合格，因此具備回裝套管的條件。

套管全部回裝后再進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子繞組的整體絕緣試驗(yàn)。表10是套管回裝后絕緣電阻和吸收比的數(shù)值，從表10可見(jiàn)，套管處理回裝后，發(fā)電機(jī)三相定子繞組絕緣電阻值平衡(差值不大于最小值的100%)，吸收比大于1.6，符合交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

按照交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，本次泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，以0.5Ur為電壓等級(jí)升壓，最高試驗(yàn)電壓為3Ur(81kV)。表11是套管回裝后泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)的結(jié)果。

表10　套管回裝后絕緣電阻和吸收比數(shù)值

表11套管回裝后泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)電壓/kV三相泄漏電流/μAUVW13.557727.012131540.523232854.045465067.585848581.0145130140

從表11可見(jiàn)，在各級(jí)試驗(yàn)電壓下，各相泄漏電流值的差別均不大于最小值的100%，且泄漏電流不隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大，符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，試驗(yàn)結(jié)果合格。

經(jīng)過(guò)多次的處理，本次HF電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)交接試驗(yàn)中的泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)通過(guò)。

3結(jié)束語(yǔ)

泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)是發(fā)電機(jī)交接試驗(yàn)及預(yù)防性試驗(yàn)中的一項(xiàng)重要試驗(yàn)。泄漏電流過(guò)大是試驗(yàn)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題之一。本文在泄漏電流過(guò)大時(shí)，為了查找試驗(yàn)結(jié)果不合格的原因，進(jìn)行了一系列的分析，分步處理發(fā)電機(jī)定子繞組及出線套管、中性點(diǎn)套管，有效地查找缺陷部位，并消除了查找到的缺陷，最終交接試驗(yàn)合格，證明了此次試驗(yàn)過(guò)程處理正確。本文詳細(xì)介紹了分析和處理的過(guò)程，并給出每次試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)同類(lèi)型試驗(yàn)工作有一定的指導(dǎo)意義。

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AnalysisandProcessingonOverlargeLeakageCurrentinDirectCurrentWithstandVoltageTestforGenerator

RANWang1,ZHANGZhengping1,LINDequan2,TAOLiufeng2,XUZhanfeng2,SUNWenxing1

(1.ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510075,China; 2.GuangzhouYuenengPowerTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510075,China)

Abstract：In allusion to field actual examples of highly unbalanced three-phase insulation resistance and overlarge leakage current in generator commissioning test, this paper introduces basic principles of generator leakage current and direct current (DC) withstand voltage test and analyzes reasons for overlarge leakage current. It also introduces processing measures and test progress which use method of stepwise decomposition from the easier to the more advanced to check factors probably causing overlarge leakage current. Examples prove that it is able to clearly and inerrably find out parts causing overlarge leakage current by using these processing measures. After treating, generator leakage current and DC withstand voltage test result are both qualified.

Key words：generator; leakage current; direct current (DC) withstand voltage; bushing; insulation current

收稿日期：2016-01-16修回日期：2016-03-29

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.05.017

中圖分類(lèi)號(hào)：TM30；TM311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-290X(2016)05-0092-05

作者簡(jiǎn)介：

冉旺(1985)，男，四川遂寧人。工程師，工學(xué)博士，從事大型發(fā)電機(jī)絕緣試驗(yàn)技術(shù)及故障分析研究。

張征平(1966)，男，湖南郴州人。教授級(jí)高級(jí)工程師，工學(xué)博士，長(zhǎng)期從事發(fā)電機(jī)試驗(yàn)、電機(jī)故障分析與檢測(cè)、智能儀器、小波理論及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等研究。

林德泉(1984)，男，廣東廣州人。助理工程師，長(zhǎng)期從事大型發(fā)電機(jī)絕緣試驗(yàn)技術(shù)及試驗(yàn)設(shè)備研制等工作。

(編輯霍鵬)