大型发电机超低频交流耐压试验研究

刘展麟 尹红

摘 要：文章提出了一种由超低频正弦波高压发生器与超低频电压测量系统相结合的超低频耐压试验设备，并对该试验设备应用于交流耐压试验中的优势进行了分析，然后结合某核电站3#发电机组交流耐压试验实例，分析了该耐压试验设备的实际应用方法与步骤，证实了大型发电机超低频交流耐压试验的可行性与可靠性，值得重视。

关键词：发电机；超低频；交流耐压试验

在核电厂电机容量不断增加的背景之下，发电机绕组相对于基座以及大地的电容呈现出了较快的发展趋势。在针对电机定子绕组进行工频交流耐压试验的过程当中，需要投入耐压试验中的变压器容量也有非常明显的提升趋势，对应的试验装置与设备规模较大，在实际操作中存在非常多的不便之处。针对该问题，有关研究人员的提出可以尝试降低交流耐压试验的工作频率，将常规的50Hz工频下降至0.1Hz超低频状态下进行试验，其目的是降低被试验发电机的容量单位，即可以使用低容量的试验设备完成较高工频试验的目的，由此可见其对验证核电厂大型发电机耐压性能的重要价值。

1 超低频耐压试验设备基本构成

超低频耐压试验设备的主要构成包括两个部分，其一是超低频正弦波高压发生器，其二是超低频电压测量系统。对于第一部分而言，其主要工作原理是先由工频电源通过整流处理的方式形成相对稳定的直流电压，然后自逆变电流转换形成1000Hz高频电压。高频电压受到0.1Hz超低频振荡电压的调制与影响，经过升压以及整流等一系列操作可形成负极性高压以及正极性高压，再经过压敏元件的峰位换相处理，可形成正弦波电压，并在电容器支持下进行解调，最终输出0.1Hz超低频正弦波高电压。第二部分则在分压器的支持下对高压信号进行分压，然后对分压所产生的信号进行采样，采样数据传输至终端显示器中进行显示，并通过单片机对试验电压值进行计算，最终于终端显示试验结果。

2 利用超低频耐压试验设备进行交流耐压实验的优势

在利用超低頻耐压试验设备对大型发电机定子绕组进行耐压试验的过程当中，设备的体积较小，工作步骤简单，有较高的可行性。同时，实际应用中，这种基于超低频的交流耐压试验方法还呈现出了以下几个方面的突出优势：

第一，大型发电机超低频耐压试验设备具有支持交流耐压试验的特点。即对于核电厂复合电机而言，其内部结缘介质上电压分布是以电容为依据的。换句话来说，对于50Hz频率以及0.1Hz频率而言，两种状态下的电压分布有高度一致的特点，因此工频耐压试验与超低频耐压试验具有较高等效性特点。

第二，大型发电机超低频耐压试验设备能够准确显示大型发电机绕组端部存在的绝缘缺陷问题。在工频电压的运行工况下，电容电流自线棒流出后经过绝缘外半导体防晕层时会发生较大的电压降现象，进而致使大型发电机绕组端部绝缘线棒所承受的电压水平明显下降。而在超低频运行工况的作用之下，由于电压频率降低趋势明显，则自线棒所流出的电容电流有非常明显的下降趋势，这也就意味着半导体防晕层中压降下降明显，增加绕组端部绝缘层电压水平，进而在绕组端部绝缘缺陷的判断上更加的准确与及时。

第三，大型发电机超低频耐压试验设备的应用还能够有效减少大型发电机在交流耐压试验过程中绝缘内部的局部放电量，同时对延长电机绝缘使用寿命也有重要价值。

3 应用实例分析

3.1 试验概况

XX年XX月XX日，在某核电站3#发电机大修过程中以0.1MHz超低频耐压试验设备及试验方法替代常规50.0Hz工频耐压试验方法进行交流耐压试验。3#发电机基本技术参数为：（1）额定电压=20.0kV；（2）额定电流=9339.0A；（3）额定功率=330.0MW；（4）额定功率因数=0.85。

3.2 试验步骤

第一步，按照设计方法连接大型发电机超低频耐压试验设备，安排工作人员对接线情况进行详细检查，在确认无误后合上电源开关，并开启实验控制器。

第二步，对大型发电机超低频耐压试验设备中相关试验参数进行设置：（1）输出频率=0.1MHz；（2）试验时间=60.0s；（3）试验电压=50.9kV；（4）过电压保护值=55.9kV；（5）过电流保护值=0.1mA。

第三步，即按下大型发电机超低频耐压试验设备中升压按钮，使试验设备自动进入升压状态下，在升压过程中将电压匀速自0提升至50.0kV。

第四步，在试验设备电压提升至50.0kV后，操作大型发电机超低频耐压试验设备中电压微调按钮对电压进行调整，以达到50.9kV的试验电压为控制标准，然后开始计时，时间达到60.0s后匀速降压并执行放电操作。

第五步，在发电机进行交流耐压试验前、试验后，针对不同时刻状态下绝缘电阻参数以及对应比值进行计算，以此作为依据来判定该发电机绝缘性能是否存在缺陷。

3.3 试验结果

结合相关研究数据来看，在绝缘性能发生缺陷时，电流吸收反应不明显，且随着时间的延长，电流取值有缓慢下降的趋势。在本次研究中，以50.09kV作为试验电压，该状态下测试3#发电机在15.0s以及60s状态下的绝缘电阻以及吸收比。相关数据如下表所示（见表1）。结合表1数据来看，在发电机进行交流耐压试验前、试验后，各相绝缘电参数以及吸收比变化不明显，与有关规程要求相符合，因此认为对于3#发电机而言，绝缘电阻在交流耐压试验过程当中未发生闪络或绝缘击穿等问题，试验性能合格、可靠。

4 结束语

核电站发电机多为百万千瓦级大型核电机组，在完成对发电机的安装作业后需要及时进行交流、直流耐压试验，其目的是对发电机的绝缘性能有一个全面的检验与评估。其中，直流耐压试验的目的是评估发电机是否存在间隙性缺陷以及端部缺陷，而对于交流耐压试验而言，由于试验过程当中的电压波形，工作频率与发电机工作电压一致，因此作用于绝缘内部的电压分布以及击穿性能与发电机的工作状态相符，对绝缘的劣化和热击穿的效应而言，交流耐压试验能有效发现槽部绝缘缺陷。为提高交流耐压试验的精确性，同时简化试验操作，本次研究中提出一种可适用于大型发电机交流耐压试验的方法，引入超低频耐压试验设备进行耐压试验，对保障试验结果的精确性有重要意义，值得重视。

参考文献

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