大型蒸发冷却发电机定子绕组绝缘电阻测试及分析

熊 舟，何 强，赵世海，吕晓雯，焦东围

（中国长江电力股份有限公司三峡水力发电厂，湖北省宜昌市 443133）

0 引言

测量绝缘电阻有助于发现电气设备中影响绝缘的异物、绝缘受潮和脏污、绝缘油严重劣化、绝缘击穿和严重热老化等缺陷[1]。发电机在投运前必须进行定子绕组绝缘电阻测量试验，准确测量发电机定子绕组的绝缘参数，对于发电机能否投入运行以及日后的安全稳定运行都非常重要[2]。某电站安装了2 台700MW 蒸发冷却机组，机组号分别为27F、28F，2022 年11 月21 日，测量27F 定子绕组绝缘电阻时，发现测量值偏低，定子绕组绝缘电阻为4.07MΩ，吸收比为1.04，不满足规程要求[3]。

1 发电机定子绕组蒸发冷却系统

发电机定子绕组采用定子线棒密闭自循环蒸发冷却，按照冷却介质的流动方向，主要为：回液管、下集液环管、下绝缘引流管、定子线棒、上绝缘引流管、上集汽环管、上导流管、冷凝器，以及管路内部充入适量的冷却介质等，同时各冷却单元通过冷凝器上部的均压管连接成整体，形成蒸发冷却循环回路[4][5]，如图1 所示。

图1 蒸发冷却系统结构图Figure 1 Structure chart of evaporative cooling system

其中，上集汽环管通过与上导流管的法兰处辫子接地，下集液环管通过引出线接至下风洞接地铜排处，如图2 所示。

图2 上、下环管接地图Figure 2 Structure chart of ground connection of the upper and lower ring pipe

2 定子绕组绝缘电阻测量原理

蒸发冷却系统采用绝缘性能好的冷却介质，测量定子绕组绝缘电阻时，测量方法分为不接屏蔽端测量和接屏蔽端测量两种。

2.1 不接屏蔽端定子绕组绝缘电阻测量原理

当上集汽环管、下集液环管不接仪器屏蔽端时，测量原理图如图3 所示，Rx为定子绕组绝缘电阻，Ry上为定子绕组对上集汽环管绝缘电阻，Ry下为定子绕组对下集液环管绝缘电阻，Ry上、Ry下的大小会影响到绝缘电阻测量的准确度。

图3 不接屏蔽端定子绕组绝缘电阻测量原理图Figure 3 Schematic diagram of measurement of insulation resistance of stator winding without connecting shielding terminal

2.2 接屏蔽端定子绕组绝缘电阻测量原理

接屏蔽端时，一般采用低压屏蔽法[6]，由于发电机定子绕组存在冷却系统，测量定子绕组绝缘电阻时，一部分电流Ix流过定子绕组，另一部分电流Iy上、Iy下流过冷却介质，若几者混合在一起，则不能准确测量定子绕组的绝缘电阻，因此，必须采用低压屏蔽法将两者电流区分开来[7]。

当上集汽环管、下集液环管接仪器屏蔽端时，测量原理图如图4 所示，RH上为上集汽环管对地电阻，RH下为下集液环管对地电阻。由于微安表与环管的对地电阻RH上、RH下并联，微安表上的读数实际小于IX，这说明RH上、RH下的大小会影响到绝缘电阻测量的准确度。

图4 接屏蔽端定子绕组绝缘电阻测量原理图Figure 4 Schematic diagram of measurement of insulation resistance of stator winding with connecting shielding terminal

3 分析处理过程

影响定子绝缘电阻测量的因素主要有温湿度、连接设备、表面脏污、蒸发冷却介质等。

3.1 温湿度的影响

一般情况下，绝缘电阻随温度升高而降低。空气相对湿度增大时，绝缘物表面会吸附许多水分使表面电导率增加，绝缘电阻降低。当绝缘物表面形成连通水膜时，绝缘电阻更低[8]。测量27F 发电机定子绝缘电阻时，发电机下风洞内排水沟有积水，将积水清理干净后并将风洞机坑加热器投入运行，运行两天后再进行测量，定子绝缘电阻测量值仍为4MΩ（温度25℃，湿度30%），温湿度不是27F 发电机定子绝缘电阻测量值偏低的影响因素。

3.2 连接设备的影响

测量定子绕组整体对地绝缘电阻时，测量值包括发电机、封闭母线、励磁变压器等连接设备的绝缘电阻，连接设备的绝缘情况对测量值影响很大。将相关设备断引后测量绝缘电阻，见表1，连接设备不是27F 发电机定子绝缘电阻测量值偏低的影响因素。

表1 连接设备断引后绝缘电阻测量值Table 1 Measured value of the insulation resistance with equipment disconnection

3.3 表面脏污的影响

电力设备的表面脏污使设备表面电阻大大降低，绝缘电阻显著下降[9]。对27F 发电机定子绕组端部进行清洗后测量绝缘电阻，测量值见表2，定子绕组端部清洗前后绝缘电阻测量值基本一致，表面脏污不是27F 发电机定子绝缘电阻测量值偏低的影响因素。

3.4 蒸发冷却介质的影响

由图1 可知，蒸发冷却介质流过整个测量回路，会影响定子绝缘电阻测量结果，充液状态下时，测量Ry上、Ry下，测量值见表3，不接屏蔽端时，由于Ry下较低，导致Rx较低。Ry上、Ry下差异较大，是由于充液时冷却介质未完全充满回路，上绝缘引流管、上集汽环管内无介质。

接屏蔽端时，RH上、RH下的大小会影响到绝缘电阻测量的准确度，绝缘兆欧表准确测量要求Ry上、Ry下均不小于28.5kΩ，RH上、RH下均不小于3kΩ。测量RH上、RH下的值，RH上为70kΩ，RH下为0Ω，下集液环管存在接地情况，定子绕组绝缘电阻测量值实际为Ry下的值，无法反映发电机定子绕组真实绝缘情况。

对下集液管接地点进行处理，重新垫上NOMEX 纸，如图5 所示，处理完后测量下集液环管对地电阻为60kΩ，满足仪器测量条件。

图5 下集液管接地点处理Figure 5 Treatment of ground connection of the lower ring pipe

采取接屏蔽端和不接屏蔽端两种方法分别测量定子绕组绝缘电阻，同时为了研究冷却介质对测量值的影响，对定子绕组进行排液后再分别进行测量，测量值见表4，冷却介质对定子绕组绝缘电阻测量值有影响。

表4 不同测试条件下27F 定子绕组绝缘电阻测量值Table 4 Measured value of the insulation resistance of 27F stator winding under different test conditions

为进一步研究冷却介质的影响，在同类型机组（28F）进行对比试验，试验数据见表5、表6。

表5 不同测试条件下28F 定子绕组绝缘电阻测量值Table 5 Measured value of the insulation resistance of 28F stator winding under different test conditions

表6 Ry 下及RH 下测量对比试验Table 6 Measurement comparison test of Ry 下 and RH 下

通过冷却介质对比试验，两台机组差异不大，介质试验数据均满足标准要求（见表7）[10]。在充液状态下，不接屏蔽端时，27F 定子绕组绝缘电阻测量值为10.4MΩ，28F 定子绕组绝缘电阻测量值为172MΩ，二者差距较大，在排液状态下，二者差异不大，后续进一步研究不接屏蔽端时两台机组定子绕组绝缘电阻测量值差异较大原因。

表7 冷却介质对比试验Table 7 Contrast test of cooling medium

4 结论

本文结合发电机定子绕组蒸发冷却系统组成，提出了不接屏蔽端和接屏蔽端两种测量发电机定子绕组绝缘电阻测量方法，通过同类型机组对比试验，在充液状态下，为准确测量定子绕组绝缘电阻，建议采用接屏蔽端方式进行测量。