电位法检测水内冷发电机定子线棒端部手包绝缘性能

黄中东

(湖南大唐耒阳发电厂,湖南 耒阳 421800)

0 引言

国产 200MW、300MW水氢氢汽轮发电机因定子线圈端部手包绝缘存在质量问题而多次发生短路事故,常规预防性试验中的直流泄漏电流和直流耐压测量是很难发现发电机定子线圈端部的绝缘缺陷的。虽然三相绕组泄漏电流平衡或者合格,但由于存在发电机端部绝缘结构固定工艺不良、手包引线和鼻端线圈绝缘包扎存在缺陷、绝缘盒填充泥填充不满、涤玻绑绳固化不良及端部接头处定子空心铜线焊接不良造成渗漏等缺陷,加上机组运行过程中,不断受到振动、发热、油泥脏污以及各种机械应力的作用,最终引发制造时就存在缺陷的端部绝缘薄弱部位显现出来,导致接地和相间短路故障。

为了避免和减少引出线手包绝缘与鼻端绝缘盒、绝缘盒与线棒接缝处发生故障,必须通过端部电位外移试验检测出存在缺陷的部位,然后对缺陷部位进行处理。

1 测试原理

线棒绝缘盒或手包绝缘良好时,其体积电阻远远大于表面对地电阻。将直流电压加在定子线棒上,绝缘盒或手包绝缘对地的电位很低,若某一线棒绝缘盒或手包绝缘存在缺陷,其体积电阻降低、体积电阻上的电压降降低、表面对地电阻上的电压降升高,即发生了电位外移。因此,通过测量绝缘盒或手包绝缘表面的对地电位,就可以发现存在缺陷的绝缘盒或手包绝缘。

2 测试方法及注意事项

(1)发电机在通水情况下试验,水质应合格(开启式水电导率不大于 5.0μS/cm,密封式水电导率不大于 2.0μS/cm)。通水可以发现定子接头漏水缺陷,但在不通水的情况下,必须将绕组绝缘引水管中剩余的水吹干。

(2)电位外移测量法是在定子绕组端部手包绝缘处包铝箔纸,在定子绕组上施加额定的直流电压,用 1根内装 100MΩ电阻的绝缘棒搭接在锡箔纸上,读取分压器和微安表的读数,当电压或电流超过标值时即认为该处绝缘有缺陷。

(3)用端部电位表面法测量时(正接法测量),可将三相定子线圈短路连接并同时加压,对手包绝缘、鼻端绝缘盒体、绝缘盒口各点逐步进行测试。若端部产生脏污,可采用反接法试验,在接头包裹锡箔纸处加试验电压。

(4)用锡箔纸缠包端部时,一定要包裹严实,否则,锡箔纸与绝缘表面构成电容,造成测量杆接触,会有较大的放电电流,引起误判。

(5)端部包裹时最好分线棒侧和引水管侧,间隔 3 cm左右,便于查找电位升高是哪一侧的问题,最主要的点是根部和锥部,中间部位测量意义不大。

(6)试验为带电作业,试验时应采取必要的安全措施,测试人员应戴绝缘手套,穿绝缘靴或踏绝缘垫,发电机两端应派专人监护。

(7)对有缺陷的绝缘线棒进行处理后,待绝缘干燥后再进行电位外移试验。

3 试验及检测情况

发电机定子线圈端部表面电位测量是一项新的试验项目,对线圈端部绝缘起到了监督作用,进一步提高了发电机安全、经济运行的可靠性。湖南大唐耒阳发电厂自 1995年起开展了这项试验,检测出发电机端部绝缘存在许多隐患。

(1)1995年,#1发电机大修时,加发电机额定电压 15.75kV,对全部接线头进行电位外移检查,具体的检测部位是在绝缘盒体与线棒接缝处、绝缘盒体与引水管锥体绝缘搭接处和绝缘盒体。如果把以上 3个部位合算为 1个统计点,每个统计点的各个测点中的最大值作为该统计点的值,汽励两端则有下列各统计数:总统计点 108个,其中电位外移值在1000V以下的点有0点;电位外移在3000V以下的点有 86点,占 80%;3000～6000V的点有 7点,占6.4%;6000V以上的点有 15点,占 13.6%,这说明发生电位外移的接头较普遍,外移值也较大,最大值达 14.6kV。厂家处理时发现,是接线盒中填料不满、手包绝缘整体性差、绝缘盒体与线棒接缝处处理不当等原因所致,处理后电位外移值均在几百伏以下。

(2)1996年 5月,对#2发电机进行了直流耐压试验,三相泄漏电流基本平衡,数据符合 Q/CDT 107001—2005《电力设备交接和预防性试验规程》要求。但做端部电位外移测量时,却发现励端#1、#12、#13槽绝缘盒口,#26、#36槽绝缘盒体,#40槽手包锥电位升高,均超过了 3000V,证明端部绝缘存在隐患,对发电机的安全运行造成了威胁。湘潭电机厂派技术人员对电位升高部位进行重新包扎,处理后电位外移现象消除。

(3)2001年,#2发电机小修,对发电机进行绝缘预防性试验,发现 B,C两相绝缘电阻偏低,泄漏电流增大,三相泄漏电流严重不平衡。吊开端盖进行电位外移试验,发现 C相励端#27、#28槽(B相)手包锥形绝缘电位外移值达14.4 kV,破开外表绝缘层发现接头处有渗水现象至使涤玻邦绳受潮。厂家对端部接头处空心铜线进行重新焊接包扎处理,干燥后,做水压试验,8h无漏水现象;再做电位外移试验,电位下降到几十伏,符合试验规程标准。由此可见,端部电位外移法是检查水内冷发电机端部手包绝缘缺陷的有效测试方法。

4 试验标准与建议

(1)Q/CDT 107001—2005《电力设备交接和预防性试验规程》规定出口电压为 15.75 kV,表面电位标准为:

1)手包绝缘引线接头及汽机侧隔相接头大修或小修时泄漏电流不大于 20μA,100MΩ电阻上的压降不大于 2kV;

2)端部接头(包括引水管锥体绝缘)及过渡引线并联块大修或小修时泄漏电流不大于 30μA,100 MΩ电阻上的压降不大于 3kV。

(2)200MW及 200MW以上国产水氢氢汽轮发电机应进行该项试验,其他机组不做规定。

(3)对于已投入运行的机组,安装后第 1次大修时就应进行端部电位外移试验,以便及时发现缺陷并处理。

(4)若发电机运行条件恶劣,经常有油泥脏污和潮湿的污染,必要时应进行此项试验。

(5)常规预防性试验一般很难发现端部绝缘缺陷,发电机三相泄漏电流严重不平衡时,也应进行此项试验。

5 结束语

湖南大唐耒阳发电厂对#1、#2发电机端部绝缘隐患的及时处理以及东方电机厂后来对 2台发电机进行的技术改造,使端部绝缘和外部运行环境得到加强,发电机至今还未发现有大的端部电位外移现象。这也说明,开展此项试验加强了发电机绝缘强度的监测,可将绝缘隐患消灭在萌芽状态,为机组安全、稳定运行奠定了基础。

[1]陈天翔,王寅仲.电气试验[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]Q/CDT 107001—2005,电力设备交接及预防性试验规程[S].