关于高压直流发生器升压时倍压筒频繁放电问题的研究

吴 钊

(国电大渡河检修安装有限公司，四川 成都 610047)

大渡河检修公司是为大渡河流域的9座电站提供检修服务，各站主设备的高压试验工作中很多需要用到高压直流发生器，进行直流耐压工作和直流泄漏电流的测量工作，比如发电机定子的直流耐压及泄漏电流测量、纸绝缘电缆的直流耐压及泄漏电流测量、避雷器的直流试验等试验项目。随着流域的发展速度加快，电站数量增多，设备数量不够，已无法满足流域试验工作，在2018年购置了某厂家60、120 kV和300 kV电压等级的直流发生器。2018年7月到2018年12月所有设备使用正常，2019年1月在某A电站定子直流耐压时，60 kV试验设备发生放电；2019年2月在另一B电站进行定子直流耐压时，120 kV试验设备放电；2019年2月再次在A电站进行220 kV避雷器试验时，300 kV直流耐压试验设备放电保护动作。

该批次设备在同时段发生相同故障，影响了流域试验工作的进行。本文以60kV直流发生器放电的原因为例进行分析，提出了设备改进建议，并提供发生类似故障后的应急使用办法，其他电压等级的直流发生器设备可参照进行。

1 故障现象

2019年1月在A电站12号机进行定子直流耐压试验，机组额定电压13.8 kV，直流耐压应升压到27.6 kV。在升压到23 kV时，倍压筒发出轻微放电声，同时设备过流保护动作，高压回路断开。

2019年2月在B电站3号机进行定子直流耐压试验，机组额定电压15.75 kV，直流耐压应升压到31.5 kV。在升压到24.3 kV时，设备过流保护动作，高压回路断开。对试验设备进行空载升压，22.5 kV时再次过流保护动作，高压回路断开。

2019年2月在A电站进行1号主变高压侧避雷器1 mA下的直流电压和0.75U1 mA泄漏电流试验，A相匀速升压到85.1 kV时，高压直流发生器过流保护动作，高压回路断开。对试验设备进行空载升压，79.3 kV时再次过流保护动作，高压回路断开。

2 故障诊断分析

对被试品和设备进行检查时，发现定子绝缘正常未发生定子击穿现象，试验设备空载升压时，断电电压相对前次要降低，倍压筒会出现轻微放电声，可以确定是倍压筒绝缘缺陷，上述3起试验设备故障，故障现象相同，设备为同批次同厂家，可以判断为相同原因造成的故障，下面以A电站12号机进行定子直流耐压试验时的试验设备为例进行分析。

设备参数为输出电压60 kV，输出电流3 mA，输出功率180 W。

对倍压筒进行了拆解，拆解后如图1。打开后可见外壳和高压回路之间填充有多孔状泡沫绝缘材料，检查后发现沿泡沫绝缘材料的表面树状放电路径，且已变为黑色，元器件有损坏迹象。此现象多发生在相邻的电阻电容连接的金属之间构成击穿放电回路。同时因倍压筒升压原理为倍压整流[1]，主要元器件为电容和二极管，若发生电容或二极管击穿，升压过程将无法正常进行，而上述电压升压到一定数值才发生故障，显然不是因为自身元器件的质量问题造成的这一系列故障。

排除元器件原因后，怀疑可能是倍压筒的对地绝缘不够造成的。倍压筒的最大输出电流为直流3 mA[2]，大于3 mA过流保护就会动作，导致高压回路断开。倍压筒外壳为环氧一体浇筑，检查无裂纹、脏污等情况，绝缘情况良好，排除了因倍压筒本身的绝缘降低，引起故障放电可能。

图1 倍压筒内部图

最后只可能为填充物的绝缘性能下降造成。填充物为多孔状聚酯材料，但多孔状物质作为绝缘材料的缺点为容易吸附空气中的水分，使水分聚集且不易散发出去，考虑到本次最可能的因素，我们进行了一系列的验证。

使用100℃热风枪对填充材料加热30 min后，再次升压达到23 kV过流保护动作，效果不明显。再次加热30 min后，升压达到25 kV过流保护动作，耐受电压有所提高，但除潮效果不好。为验证故障为泡沫绝缘材料引起，对倍压筒内泡沫材料进行了清除，但由于泡沫固化后粘性很强，只能清除80%，清除后满足筒体与电压发生装置间存在空气间隙。加压到达40 kV过流保护动作。通过临时手段，使耐受电压明显提高，说明故障原因就是填充材料受潮，在高电压下沿多孔材料中水分形成电流通路，使过流保护动作。由于电气元件上附着的材料不好清除，怕损坏元器件，后续处理方式为天气良好的情况时在太阳下曝晒，达到彻底除潮的目的，处理后设备恢复正常。也验证了我们的判断为填充材料受潮引起的绝缘下降，造成部分元器件连接的裸露部分，相互间发生放电现象。

3 原因分析及处理建议

3.1 原因分析

图2为倍压筒升压原理图[3]，该电路为多级串接倍压电路，升压过程由电容和二极管配合完成，但每级电容间有电压差[4]，常规设备为空气绝缘，该电压差不会导致击穿放电。填充物的加入给该电压差形成了通路的可能，当填充物受潮吸水绝缘性能降低，升压过程中就会发生击穿放电，出现设备保护动作的现象。

该填充材料为聚氨酯泡沫填充剂，聚氨酯泡沫有电绝缘性能好，抗震性能优秀，质地较轻，机械强度高等优点。聚氨酯泡沫的吸水率正常情况下较低，吸水部分大多集中在泡沫表面，但是在实际应用中往往要更严重些，因为泡沫难免受到损伤，而泡沫在受到挤压等外力损伤后，泡孔壁会破裂而开孔，开孔率升高是吸水率增大的一个重要因素[5]。较高的吸水率会使泡沫品质下降，作为绝缘材料时影响最大的就是绝缘性能。水分增加使高压试验设备的电绝缘性能下降，不能满足设计时的绝缘要求。

图2 倍压筒升压原理图

发现该材料缺陷后，与设备制造商联系，使用该材料的初衷主要是看中该材料优秀的防震性，为应对流域公司电站之间路途遥远，路况不好，防止振动造成电气回路损坏。但未考虑到四川大渡河流域水电站库房湿度普遍在70%～80%之间，库存条件无法满足该设备的存储要求，设备使用过程中泡沫可能存在损伤，使其吸水率增大，长期吸潮，使得设备使用半年后集中出现放电问题。

3.2 处理建议

1)返厂彻底清除多孔状泡沫填充物，保证设备的电气绝缘性能；

2)防振动功能在实际生产中比较重要，可以使用泡孔更加细腻的聚氨酯来代替，细腻的泡沫更能防止水往泡沫内部渗透；

3)改善库存条件，存放地配置除湿机，设备箱内放置干燥剂。

4 结 语

从60 kV直流发生器放电故障的原因查找过程和原因分析可知，该泡沫绝缘材料在高压试验设备防振中应用较广泛，在高海拔的干燥地区适用性更高。而在低海拔的潮湿地区、沿海地区易产生绝缘受潮放电的情况，适用性并不强，同时极易造成试验设备的性能下降，故障频发。通过本次的实际研究论证，也给同行业其他试验设备遇到类似问题提供了重要的参考价值，给设备厂家在生产此类耐压设备时，提供了一个重要的质量考虑因素，对同类型问题的处理具有指导意义。