定子繞組端部絕緣施加直流電壓試驗(yàn)在空冷發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用

王美樹，金 泱

（1.浙江浙能金華燃機(jī)發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 金華 321025；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 311121）

0 引言

發(fā)電機(jī)定子繞組直流耐壓（包括泄漏電流測量）及交流耐壓試驗(yàn)是檢測發(fā)電機(jī)是否存在絕緣缺陷的常規(guī)方法[1]。工頻交流耐壓試驗(yàn)易于發(fā)現(xiàn)定子繞組槽內(nèi)部分及槽口附近的絕緣缺陷，而直流耐壓試驗(yàn)對于發(fā)現(xiàn)定子繞組端部的缺陷較為有效[2]。當(dāng)定子繞組端部存在局部絕緣缺陷時(shí)，由于距離地電位較遠(yuǎn)，具有較高的絕緣電阻，交、直流耐壓對查出該部位的絕緣缺陷存在一定的局限性[3-5]。

定子繞組端部絕緣施加直流電壓試驗(yàn)作為檢測絕緣缺陷常規(guī)方法的有效補(bǔ)充，能夠有效發(fā)現(xiàn)定子繞組端部（如端部接頭、錐部、手包絕緣處）的局部絕緣缺陷并對缺陷點(diǎn)進(jìn)行定位。根據(jù)DL/T 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)要求》規(guī)定要求，200 MW及以上的國產(chǎn)水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)組在必要時(shí)需對定子繞組端部手包絕緣處進(jìn)行該試驗(yàn)以檢驗(yàn)手包絕緣的質(zhì)量，而對200 MW以下的空冷發(fā)電機(jī)組并未作出相關(guān)要求。DL/T 1612-2016《發(fā)電機(jī)定子繞組手包絕緣施加直流電壓測量方法及評定導(dǎo)則》適用于定子繞組使用手包絕緣的水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)。對空冷發(fā)電機(jī)及使用絕緣盒作為端部絕緣的發(fā)電機(jī)均未明確要求，文中認(rèn)為定子繞組端部施加直流電壓試驗(yàn)對空冷發(fā)電機(jī)組定子繞組端部局部絕緣缺陷的檢測同樣適用?，F(xiàn)就某發(fā)電廠機(jī)組非停事故的原因及修復(fù)過程中定子繞組端部施加直流電壓試驗(yàn)情況作詳細(xì)介紹。

1 事故簡介

某發(fā)電廠136 MW空冷發(fā)電機(jī)機(jī)組于2016年10月發(fā)生發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子繞組相間短路故障，致使機(jī)組停機(jī)。

解體發(fā)電機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)，燃機(jī)側(cè)6點(diǎn)位置共有2組定子繞組的端部絕緣盒燒損、內(nèi)部導(dǎo)體受損。解剖未發(fā)生故障的絕緣盒發(fā)現(xiàn)有絕緣材料未填滿、盒內(nèi)有較多氣孔、裂紋等情況，個(gè)別絕緣盒加工時(shí)銅材導(dǎo)體未裝在絕緣材料的中間或銅塊傾斜，出現(xiàn)一邊絕緣厚，一邊絕緣薄的現(xiàn)象。

由于部分絕緣盒內(nèi)絕緣材料未填滿，盒內(nèi)存在較多氣孔和裂痕，該發(fā)電機(jī)組長時(shí)間停運(yùn)時(shí)濕氣從接縫處進(jìn)入絕緣盒后沿著氣孔和裂痕在絕緣材料中擴(kuò)散，導(dǎo)致銅導(dǎo)體與絕緣盒外殼之間的絕緣電阻大幅降低。故障發(fā)生部位正好在兩相之間，1個(gè)絕緣盒外殼上的電壓引起2個(gè)絕緣盒之間間隔塊和綁繩的電暈放電[6]，最終在較短的時(shí)間內(nèi)絕緣盒絕緣劣化引起相間短路。

絕緣盒的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在絕緣泥填裝的過程中，絕緣盒內(nèi)端部銅排四周絕緣泥的均勻程度和緊實(shí)程度全由人工把控，質(zhì)量無法保證，因此容易發(fā)生銅排四周絕緣泥分布不均、絕緣泥中混入氣泡的情況。在絕緣泥受熱固化時(shí)，混入絕緣泥中的氣泡受熱膨脹，最終在絕緣泥中形成氣隙。上述2種情況均有可能導(dǎo)致絕緣盒內(nèi)銅排電位外移至絕緣盒表面，然而目前沒有其他手段來檢測絕緣盒內(nèi)是否存在上述隱患，因此為了檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)定子繞組重繞后，定子繞組端部絕緣盒內(nèi)絕緣材料的施工質(zhì)量是否過關(guān)，防止類似的非停事故再次發(fā)生，在該機(jī)組定子繞組重繞后，繞組對地絕緣電阻測試合格的情況下，對定子繞組端部絕緣盒進(jìn)行了施加直流電壓測量試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)儀器、原理及方法

2.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)所用儀器為FBG-Ⅱ型表面電位測量桿和ZBG-60/2型直流高壓發(fā)生器。其中，表面電位測量桿由測量精度1.5級、測量范圍0.1—25 kV、分壓比1∶1 000的電壓表，直流微安表和多個(gè)電阻串聯(lián)總阻值為100 MΩ的分壓電阻組成。測量桿頭部裝有電位測試探針，頭部至手柄處有不少于1 m的絕緣桿以保證操作人員的安全。

圖1 絕緣盒結(jié)構(gòu)示意

2.2 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)原理如圖2所示，定子繞組在直流試驗(yàn)電壓作用下，若端部絕緣盒內(nèi)絕緣良好，則絕緣盒內(nèi)的體積電阻要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絕緣盒外的表面電阻，絕緣盒內(nèi)絕緣材料所承受的電壓與試驗(yàn)電壓近似相等，盒外表面對地電壓較低；若端部絕緣盒內(nèi)絕緣存在缺陷，則絕緣盒內(nèi)絕緣材料所承受的電壓相應(yīng)降低，盒外表面對地電壓相應(yīng)升高。

圖2 表面電位測量原理

2.3 試驗(yàn)方法

將發(fā)電機(jī)勵側(cè)、燃機(jī)側(cè)所有的絕緣盒用錫箔紙包緊并且壓平，盡可能使錫箔紙與絕緣盒表面之間接觸良好。在發(fā)電機(jī)兩側(cè)繞組端部絕緣盒編號后，短接發(fā)電機(jī)三相定子出線端及其中性點(diǎn)并施加額定的直流電壓，用表面電位測量桿依次觸及各個(gè)絕緣盒表面錫箔紙，以檢驗(yàn)是否存在電位外移現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)個(gè)別絕緣盒外殼電壓較高，則需仔細(xì)檢查問題絕緣盒附近絕緣情況，排除干擾因素，復(fù)測后確定。

3 電位外移試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)分別取勵側(cè)11點(diǎn)方向（順時(shí)針編號），燃機(jī)側(cè)1點(diǎn)方向（逆時(shí)針編號）為1號檢測點(diǎn)依次檢測。表1為該發(fā)電機(jī)定子繞組重繞后燃機(jī)側(cè)繞組端部絕緣盒電位外移的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。如表1所示，燃機(jī)側(cè)絕大多數(shù)絕緣盒內(nèi)絕緣良好，表面電壓僅為100 V（由于儀器精度問題，最小電壓讀數(shù)為100 V），38號、41號、42號絕緣盒表面電壓相對于其他絕緣盒較高，分別為800 V，6 200 V和1 700 V。勵側(cè)所有絕緣盒內(nèi)絕緣良好，表面電壓全為100 V。

表1 燃機(jī)側(cè)電位外移試驗(yàn)數(shù)據(jù)V

為確保發(fā)電機(jī)兩側(cè)所有絕緣盒內(nèi)絕緣良好，決定將絕緣盒表面電位相對較高的38號、41號、42號絕緣盒拆除重新制作。圖3為拆除絕緣盒外殼后，新安裝的絕緣盒內(nèi)部絕緣材料的填充情況。如圖所示，填充絕緣材料的表面可見較多細(xì)小的氣隙，這些氣隙內(nèi)部經(jīng)過長時(shí)間的局部放電可能導(dǎo)致絕緣盒內(nèi)部絕緣裂化，致使絕緣盒外殼電壓升高。因此，即使是新安裝的絕緣盒，也有可能存在絕緣隱患。在絕緣盒質(zhì)量無法保證的情況下，繞組端部施加直流電壓試驗(yàn)?zāi)軌蛴行Оl(fā)現(xiàn)空冷機(jī)組定子繞組端部絕緣盒內(nèi)部的絕緣隱患，防范于未然。

4 結(jié)語

圖3 新安裝絕緣盒內(nèi)部絕緣材料質(zhì)量情況

發(fā)電機(jī)定子繞組端部絕緣施加直流電壓試驗(yàn)是直流耐壓、泄漏試驗(yàn)以及交流耐壓試驗(yàn)的有效補(bǔ)充。該試驗(yàn)同樣能夠檢測200 MW以下空冷發(fā)電機(jī)定子繞組端部的絕緣缺陷。根據(jù)空冷發(fā)電機(jī)故障及大修時(shí)的該應(yīng)用，提出以下建議：

（1）空冷發(fā)電機(jī)安裝定子繞組時(shí)，應(yīng)提高定子繞組端部絕緣盒制作的工藝及質(zhì)量，盡可能減少氣隙、裂痕的產(chǎn)生。

（2）做好發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)的防潮工作，防止發(fā)電機(jī)受潮導(dǎo)致絕緣劣化。

（3）即使是定子繞組端部采用絕緣盒結(jié)構(gòu)的空冷發(fā)電機(jī)，在大修時(shí)，也應(yīng)該將施加直流電壓試驗(yàn)納入常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目，以檢驗(yàn)定子繞組端部的絕緣質(zhì)量，防止類似的故障再次發(fā)生。

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