发电机直流耐压试验泄漏电流不平衡原因分析

蒋大伟，于龙滨，牛 李，高 岳

(1.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

在发电机交接试验工作中，发电机定子绕组直流耐压和泄漏电流试验是不可或缺的，可以灵敏地反映夹层绝缘的内部受潮及局部松散断裂、绝缘的沿面炭化等状况，能有效地反映发电机定子绕组绝缘内部的集中性缺陷[1]。

赤峰新城热电分公司1号发电机系哈尔滨电机厂有限责任公司生产的QFSN-300-2汽轮发电机组，该机于2016年12月进行交接试验，在进行发电机直流耐压试验时，出现了泄漏电流三相不平衡的状况，B相泄漏电流较大，为A相、C相的5～7倍，不符合GB 50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》关于发电机定子绕组直流耐压试验和泄漏电流测量的相关规定。结合现场实际情况，经过多次处理及试验，最终试验数据合格。

1 发电机直流耐压试验基本原理

1.1 低压屏蔽法原理

赤峰新城热电分公司1号发电机为水内冷汽轮发电机组，其直流耐压试验宜采用低压屏蔽法，其原理图如图1所示。直流耐压试验是用较高的直流电压来测量发电机定子绕组绝缘电阻，同时在升压过程中监测泄漏电流，通过不同电压等级的泄漏电流变化情况判断绝缘状况，有助于及时发现绝缘缺陷、老化及受潮等。

图1 低压屏蔽法直流耐压试验原理图

1.2 直流耐压试验特点

发电机直流耐压试验因试验电压较高，通过测量泄漏电流，能更有效地反映发电机定子绕组绝缘内部的集中性缺陷。可以从电压和电流的对应关系中判断绝缘状况，如图2所示。曲线1：良好的绝缘泄漏电流随电压直线上升，且电流值小；曲线2：绝缘受潮，泄漏电流较大；曲线3：绝缘中有局部缺陷或集中性缺陷存在，泄漏电流超标；曲线4：如0.5倍试验电压附近泄漏电流迅速增长，说明绝缘损坏严重，有击穿的危险。

图2 试验电压与泄漏电流关系图

2 发电机直流耐压试验数据分析

赤峰新城热电分公司1号发电机主要技术参数如表1所示。

表1 发电机主要技术参数

2.1 首次直流耐压试验

首先测量该机的绝缘电阻和吸收比，试验数据如表2所示。

表2 发电机绝缘电阻测量试验数据

该机首次直流耐压试验数据见表3。

依据表3，即可画出发电机直流耐压试验的试验电压与泄漏电流关系图，如图3所示。

表3 发电机直流耐压试验数据(首次)

图3 发电机首次直流耐压试验的试验电压与泄漏电流关系图

由表3可知，当试验电压达到40 kV以后，B相泄漏电流为A相和C相泄漏电流值的5倍以上，不满足GB 50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》4.0.5的相关要求，即发电机直流耐压试验，各相泄漏电流的差别不应大于最小值的100%[2]，且图3中B相泄漏电流曲线与图2中的曲线3极为相近，依此可判断发电机定子绕组绝缘中存在局部缺陷或集中性缺陷的可能性较大。

2.2 泄漏电流偏大原因分析

经过对现场实际情况的了解，现场施工过程中，在发电机励侧端盖和汽侧端盖安装前，有近1个月的时间内并未对发电机励侧和汽侧进行封闭处理，施工过程中现场难免有灰尘在空气中漂浮，有很大的可能灰尘会进入发电机膛内。故引起泄漏电流偏大的可能性有：①发电机定子绕组主绝缘受潮；②机端套管和中性点套管的脏污问题；③发电机定子绕组端部手包绝缘处工艺不良造成;④发电机励侧端部脏污；⑤发电机汽侧端部脏污;⑥发电机定子绕组某处存在磨损或砂眼。

绝缘电阻是表征电介质和绝缘结构之间绝缘状态的最基本综合性特性参数。由于电气设备大多采用组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显的吸收现象，使外电路中有一个随时间衰减的吸收电流，在电流衰减过程中测得2个瞬间电流值(或转换成相应的瞬时电阻)，利用其比值即可检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷[3]。发电机定子绕组受潮后，其绝缘电阻阻值及吸收比会有所降低，根据GB 50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》4.0.3的相关规定，测量发电机定子绕组的绝缘电阻和吸收比，各相绝缘电阻的不平衡系数不应大于2，对环氧粉云母绝缘吸收比不应小于1.6。由表2绝缘电阻及吸收比数据，结合现场温度、湿度情况可以看出，发电机三相绝缘电阻阻值及吸收比均满足要求，发电机定子绕组主绝缘不存在受潮问题，故引起泄漏电流偏大的第1种情况(即发电机定子绕组主绝缘受潮)可以排除。

2.3 第2次直流耐压试验

发电机结构复杂，不便于安装、拆卸，且该发电机励侧端盖和汽侧端盖已经安装完毕，相关密封工作也已经完成。针对本次试验的现场情况，按照由外到内、由易到难的处理原则，首先对发电机外部的机端套管及中性点套管进行处理，使用有机溶剂详细擦拭各相出线套管以及相关部位后重新进行试验[4]，数据见表4。

表4 发电机B相直流耐压试验数据(第2次)

由表4可知，当试验电压达到40 kV以后，B相泄漏电流值仍然很大，与表3数据无太大差别，依此可以判断B相泄漏电流偏大并非机端套管和中性点套管的脏污所引起，故引起泄漏电流偏大的第2种情况(即机端套管和中性点套管的脏污问题)可以排除。

2.4 发电机定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量

排除了前2种情况以后，发电机定子绕组端部手包绝缘是否良好成为引起直流耐压泄漏电流偏大的重点排查对象。发电机定子绕组端部手包绝缘为现场施工，绝缘材料的质量及工艺的好坏都会对泄漏电流的大小有所影响。

首先用铝箔纸对发电机定子绕组端部手包绝缘进行包裹，如图4所示，分别对发电机定子绕组A相、B相、C相施加20 kV直流额定电压，用手包绝缘测量杆测量发电机定子绕组端部手包绝缘的表面直流电位，试验数据见表5。

表5 发电机定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量试验数据

表5中A、B、C三相的机端和中性点侧的泄漏电流值均小于20 μA，满足DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》表1(容量为6 000 kW及以上的同步发电机的试验项目、周期和要求[5])的相关要求，引起泄漏电流偏大的第3种情况(即发电机定子绕组端部手包绝缘处工艺不良造成)可以排除。

图4 发电机手包绝缘试验示意图

2.5 第3次直流耐压试验

经以上试验，可初步判断发电机定子绕组主绝缘、机端套管、中性点套管、发电机定子绕组端部手包绝缘处均不应存在问题，造成泄漏电流偏大的原因应由发电机励侧端部或汽侧端部脏污引起。为减少施工工作量及降低难度，首先打开发电机励侧端盖，经反复擦拭，确保发电机励侧端部的清洁，如图5所示，处理后，对发电机定子绕组B相进行绝缘电阻测量及直流耐压试验，数据见表6、表7。

表6 发电机B相绝缘电阻测量试验数据

表7 发电机B相直流耐压试验数据(第3次)

由表7可知，B相第3次直流耐压试验时，总电流较第1次和第2次有所增加，主要是由于发电机定子内冷水水质有所下降，但仍在试验允许范围内。当试验电压达到40 kV以后，泄漏电流虽然不在合格范围内，但与第1次试验数据(表3)和第2次试验数据(表4)相比，已经有了大幅下降，说明发电机励侧端部脏污是造成泄漏电流偏大的一部分原因。

图5 发电机励侧端部

2.6 第4次直流耐压试验

经过前面的试验，打开发电机汽侧端盖虽然难度较大，但也势在必行。对发电机汽侧定子端部进行擦拭，确保发电机汽侧端部的清洁，处理后对发电机进行绝缘电阻测量及直流耐压试验，数据见表8、表9、表10及图6。

依据表9，即可画出发电机直流耐压试验的试验电压与泄漏电流关系图，如图6所示。

表8 绝缘电阻测量(第4次直流耐压试验前)

表9 发电机直流耐压试验数据(第4次)

表10 发电机绝缘电阻测量试验数据(第4次直流耐压试验后)

图6 发电机第4次直流耐压试验的试验电压与泄漏电流关系图

由表9、图6可知，在任一试验电压下，三相泄漏电流都较为平衡，且泄漏电流并没有随着时间的延长而增大，符合GB 50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》4.0.5关于发电机定子绕组直流耐压试验和泄漏电流测量的相关要求。图6中泄漏电流值随试验电压的升高基本呈直线上升趋势，且电流值小，与图2中的曲线1极为接近。试验结果合格。

经过多次处理与试验，赤峰新城热电分公司1号发电机交接试验中的直流耐压与泄漏电流测量试验通过。

3 防范措施及结果判断

为保证发电机直流耐压试验的准确性，避免重复试验，试验前应对发电机机端套管、中性点套管等部位进行清扫、擦拭。

施工过程中，在安装发电机励侧端盖及汽侧端盖前，应对发电机本体做好密封工作，避免灰尘、异物等进入发电机膛内。

试验结果的分析判断如下。

a. 泄漏电流随时间的变化。现象：泄漏电流随时间的增长而升高；分析结果：高阻性缺陷和绝缘分层、松弛或者潮气浸入绝缘内部。

b. 泄漏电流剧烈摆动。现象：电压升高到某一个状态，泄漏电流出现剧烈摆动；分析结果：绝缘有断裂性缺陷。大部分出现在槽口或者端部离地近处，或出现套管有裂纹。

c. 各相泄漏电流相差过大。现象：各相泄漏电流相差超过30%，充电现象正常；分析结果：缺陷部位远离铁芯端部或者套管脏污。

d. 泄漏电流不成比例上升。现象：同一相相邻试验电压下，泄漏电流随电压不成比例上升超过20%；分析判断：绝缘受潮或者脏污。

e. 充电现象不明显。现象：无充电现象或充电现象不明显，泄漏电流增大；分析判断：这种现象大多是受潮，严重的脏污或有明显贯穿性缺陷。

4 结束语

发电机直流耐压试验时，没有电容电流，仅有很小的泄漏电流，线棒绝缘表面也就没有明显的压降，线棒端部虽离铁芯远，但沿端部表面绝缘的电压分布均匀，端部承受的电压基本不变，因而可以反映端部绝缘存在的缺陷。

引起发电机直流耐压试验泄漏电流较大的情况，绝大多数情况下为发电机机端套管、中性点套管、励侧定子端部、汽侧定子端部脏污所至，其次考虑现包绝缘工艺问题，定子绕组存在磨损或砂眼的情况较为罕见。

在定期检修时，对绝缘要清扫和清理表面污损，干枯的间隔垫片要修补, 冷却系统应当调整、修改，要根据振动分析，检查槽楔松动情况，对电机绕组匝间绝缘进行试验或绝缘诊断，以此为基础进行绝缘性能的倾向管理[6]。

[1] 冉 旺.发电机直流耐压试验泄漏电流过大的分析处理[J].广东电力，2016，29(5)：92-96.

[2] 电气装置安装工程电气设备交接试验标准：GB 50150—2016[S].

[3] 刘希志. 电气设备绝缘分析及测试[J].东北电力技术，2007，28(12)：44-46.

[4] 王健军.发电机直流泄漏电流不平衡原因及试验方法研究[J].东北电力技术，2003，24(2)：1-3.

[5] 电力设备预防性试验规程：DL/T 596—1996[S].

[6] 李英存. 电机绝缘诊断和寿命的延长[J].东北电力技术，1998，19(1)：61-64.