直流加压法处理发电机定子绝缘故障

李 聪 何宏春

（广东粤电生物质发电有限公司 广东湛江）

在大电机制造行业和发电机运行现场，定子线棒主绝缘对地击穿故障较为多发，找出故障线棒是解决问题关键。发电机定子绕组发生接地故障时，一般击穿部位无法直观发现，针对故障相或故障支路，查找故障线棒的传统方法有：①对于故障接地电阻较大的故障，利用交流耐压设备烧灼故障点；②对于接地电阻较小或金属性接地故障，利用调压器串接限流电阻烧灼故障点；③对于查找困难的，多采用拆开绕组过桥（上层线棒与下层线棒对接处），分段测量绝缘电阻或直流电阻。

1.故障现象

茂名电厂4#机组1975年底投产（表1），2008年12月，按计划对4#机组进行大修后的交流耐压试验。①绝缘电阻测试（表2）；②直流耐压试验（表3，R15、R60分别是15s和60s时测量绝缘数值，吸收比=R60/R15），耐压前过压保护电压设定为28 875V（1.1×2.5Us），直流耐压通过；③交流耐压试验（表 4），耐压前球隙电压设定为 17 325V（1.1×1.5Us），试验中 A1、B1、C1、A2和C2绕组分段加压，施加15 400V的电压在 1min发电机绝缘无异常，均顺利通过。当B2绕组加压到15 400V（试验电压为额定电压1.5倍，15 750V）时，调压器跳闸。

2.故障处理

检查试验接线正确，测B2绕组绝缘为4000/1000MΩ。试验人员怀疑是高压试验引线距离不够，整理好试验接线，重新加压至6000V，调压器再次跳闸。检查发电机无异味，用2500V绝缘电阻表测B2绕组绝缘很不稳定。改用5000V绝缘电阻测试仪测试，绝缘为零。初步判断B2绕组在交流耐压试验时击穿。

表1 4#机组技术规范

由于在交流耐压试验中，发电机绝缘已被进一步破坏，估计残留绝缘电阻不高，决定采用直流加压法查找故障点。该方法多用于电缆经50Ω以上残留绝缘电阻接地故障点的查找，所用设备简单，准确性较高，在火电安装及电厂的生产和维护中应用较广。基本原理是利用直流耐压试验器对高压电容器C充电，充到一定电压后，将放电间隙击穿，电容电压加到线棒的接地故障点上，同时也将故障点处对地残留绝缘间隙击穿，在该处产生火花放电，引起电磁辐射和机械的音频振动，人们可直接用耳或借助于金属听音棒进行监听。当故障点首先击穿时，根据放电处的声音和火花判断具体故障槽，声音最响处即为故障点位置。直流加压法与做直流耐压的方法和接线一致（图1），利用在绝缘上加直流电压，确定绝缘的耐压强度。

表2 绝缘电阻测试（温度19℃；湿度67%）

表3 直流耐压试验

表4 交流耐压试验

发电机定子绕组发生单相接地或相间短路故障时，一般都会在绝缘材料上形成不同程度的炭化，使绝缘电阻值明显降低（数值一般从几十欧姆至几十千欧姆）。因此，使用直流加压法进行加压时，从安全和试验方便两方面考虑，应特别注意保护间隙和电容C的调整。通过调整放电间隙确定充电电压和充放电时间间隔这两个试验主要参数。间隙太大，电容充电电压高，充放电电流太大，试验设备可能因容量不够而损坏，还可能扩大故障范围；间隙太小，充放电电流小、放电声音小，也不利于检查人员监听（容易和环境噪声混淆）。通常用放电球隙进行交直流高压试验时的高压测量。根据放电间隙与交直流放电电压对照表，调整两个球隙之间的放电距离，从而得出放电电压。一般以在放电间隙上能清晰听到放电声和看到放电火花为准（充放电时间间隔一般为 5～10s）。

图1 直流加压法接线图

高试班和电机班人员合作，对4#发电机加到6kV直流电压反复试验，试验时工作人员在发电机附近监听，最终发现发电机定子第25槽套管引线固定支架处有明显打火现象。确认该处为故障点。联系厂家技术人员用绝缘材料对故障点进行补敷处理。

3.预防措施

分析认为线棒制造质量欠佳，股线固定不良。绕组在运行中因长期受电磁力和机械力的作用而产生振动，松动、磨损绝缘，造成发电机定子绕组短路、接地或绕组端部固定不紧，使股线局部过热，致使绝缘劣化乃至击穿，烧坏线棒和铁芯。

（1）严格执行机组运行规程，避免超限值或长期过负荷运行。

（2）把好检修质量关，加强清抹吹扫机组各部，避免死角积尘、积炭。

（3）严格执行试验规程做好预防性试验，使绝缘有足够裕度，防范于未然。

4.结束语

查找发电机定子绝缘故障，应首先解开每相绕组出口连接，按每个支路检查。使用绝缘电阻表、万用表等先确定是金属性还是绝缘性故障。大型发电机每个支路线棒数量都不多，若问题出在线棒端部，则较易发现故障点。若故障点在直线段（铁芯槽）内，则很难发现。由于大型发电机绕组分支直流电阻很小，即使是金属型接地，采用直流电阻比较法也无法判断。目前检查这类故障缺少先进测试定位仪器，传统方法是：①有些故障线棒虽已出现绝缘故障，但仍然有较高阻值，采用直流加压法可能难以查出，可采用交流加压法，加入较高电压使故障点绝缘电阻进一步降低，再用直流加压法查找。②查找发电机定子接地故障时，使用直流加压法，可节省时间，准确、方便、安全地确定故障点位置，而且不会伤害发电机和工作人员。实践证明，在电力系统很有必要推广使用直流加压法。此外还有加大电流的所谓电流烧穿法，这对大型发电机来说并不可取（局部电流可能对线槽局部铁芯造成损伤），一般很少采用这种方法。