大型水轮发电机定子改造后表面电位移试验必要性和结果利用

大型水轮发电机定子改造后表面电位移试验必要性和结果利用

张明清

五凌电力 三板溪水电厂 贵州 锦屏 556700

摘要：表面电位试验是一种比较新的试验项目，电力行业标准《电力设备预防性试验规程》（DL/T596-1996）中增加了“定子绕组端部绝缘施加直流电压测量”一项，但是只针对汽轮发电机，对水轮发电机没有做要求。大型水轮发电机定子改造后，相比于新机组，定子线棒可能存在更多因素引起线棒绝缘缺陷，而这些缺陷用一般的交直流耐压试验无法很好的监测出来。本文以三板溪电厂2号机3号机定子改造为例，通过对试验数据与现场情况的研究，来探讨大型水轮发电机定子改造后表面电位试验的必要性和相关的结果利用。

关键词：水轮发电机；定子改造；表面电位

1.表面电位试验与交直流耐压试验的优缺点比较。

直流耐压试验能有效地发现绝缘受潮，脏污等整体缺陷，并能通过电流与泄漏电流的关系曲线发现绝缘的局部缺陷。由于直流电压下按绝缘电阻分压，所以，能比较有效地发现端部绝缘缺陷。交流耐压试验一般是在被试设备电压的2.5倍及以上进行，从介质损失的热击穿观点出发,可以有效地发现局部游离性缺陷及绝缘老化的弱点。由于在交变电压下主要按电容分压，故能够有效地暴露设备绝缘缺陷。但当端部绝缘出现局部缺陷时 , 由于其距铁芯距离较远 ,如端部接头、绝缘盒 (并头套)等处 , 则施加到此处绝缘中的电位差大大下降, 所以这些部分的绝缘缺陷在利用交、直流耐压法时 , 不易被查出。新的试验方法—电位外移法 , 对大型发电机组定子线圈端部手包绝缘缺陷的检验, 具有较强的针对性 ,补充了交、直流耐压试验的不足。

2.表面电位试验的测量方法

试验方法一般分为正接法和反接法两种，这里主要对正接法进行介绍。正加压表面电位法是在定子线圈的导线上施加一定的直流电压并测量线圈端部绝缘的表面电位,根据表面电位的大小判断绝缘强度的现状。正加压表面电位法，测试触头的原理接线如图2.1所示。

R- 串联电阻； PA- 微安表； PV- 高压静电电压表；

图2.1

采用正接线法试验前，将定子绕组两侧每个绕组端部接头及引线接头（三相引线和中性点引线）包裹一层厚度为 0.01～0.02mm 锡箔纸。锡箔纸包裹紧密，相邻锡箔纸不应搭接，以防锡箔纸与绝缘表面构成电容，检测杆接触产生放电电流，影响测量结果；读取试验数据时，应等数据显示稳定后再记录。加压前，应进行绝缘电阻测试。表面电位测试仪使用前应对其功能进行检查，确保测量仪器的测试数据准确无误。加压前，应将表面电位测试仪接地；试验过程中，检测人员须站在绝缘胶皮垫上并戴绝缘手套，采用高压带电作业安全措施。根据发电机容量，定子绕组三相或分相对地施加直流电压，试验电压选择一倍定子额定电压。试验过程中，用金属探头依次接触各个端部接头和引线，记录表面电位测试仪的数据。若发现泄漏电流不平衡等异常现象时，可适当升高电压检测定位缺陷，但加压时间不宜过长。试验结束后，关闭仪器电源，逐个对绕组端部接头及引线接头对地放电，然后拆除包裹的锡箔纸；应注意防止锡箔纸掉进发电机定子膛内。

3.三板溪电厂检测实例

2016年8月22日，三板溪电厂3号发电机定子A相发生接地故障，经检查发现为发电机U4支路第39槽下层线棒发生接地所致。将线棒拆除后，发现定子最下层扇形片移位突出，突出量为8毫米，切入第39槽下层线棒，导致其发生金属性接地。经检查发现除3号机外，其它机组也存在类似问题。经过商讨决定对2号机、3号机机进行定子改造，定子铁心、线棒全部拆除，重新安装。重新下线的线棒并没有全部使用新线棒，部分拆除的旧线棒由于主绝缘未受损，决定对这一批线棒进行处理后再使用。2号机、3号机线棒下线后，并且在交直流耐压试验都完成并试验数据都合格后，对发电机432槽的绝缘盒端部全部进行了表面电位测试，对第一次测试结果超标的部分进行处理后，进行了第二次试验，具体试验数据结果如表3.1，表3.2所示：

表3.1 3号机表面电位试验数据记录

表3.2 2号机表面电位试验数据记录

从测试数据中可以看出3号机检测后发现表面电位高于1KV的的有32槽，2号机表面电位高于1KV的有11槽。对表面电位过高的的位置的处理方法为拆除拆除绝缘盒，将其线棒末端有炭化或疏松现象的绝缘层铲除后，重新按照工艺守则要求手包绝缘。经过处理后，除三号机第272槽下层线棒表面电位为2.0kV外（处理前其表面电位为4.3kV），其余均在0-0.2kV之间。

通过对两台机组自身数据与两台之间数据的对比，并结合现场以及对问题线棒处理的具体情况，可以得出以下几点结论：

1. 通过统计比较发现，表面电位过高部位绝大部分使用的是旧线棒，新线棒出现试验不合格的情况很少。旧线棒由于修复工艺水平的参差不齐，加上线棒在拆除装复过程中末端绝缘要承受三次或以上熔焊连接板时的高温，致末端绝缘出现炭化疏松，而新线棒只需要承受一次，因此旧线棒更容易出现表面电位过高的现象。

2. 3号机的一次试验合格率为91.89%，2号机的一次试验合格率97.45%，2号机的的合格率明显要高于一号机。2号机的表面电位试验数据较好的原因主要有两点，一是线棒下线后，2号机的定子线圈烘烤效果要好于3号机，绑扎用的涤玻绳尚未完全干燥，这会对表面电位试验的数据有影响；二是2号机在改造时间上晚于3号机，施工人员施工更加熟练，连接铜板焊接时防高温的防护措施做的更加完善。

3. 对问题线棒的处理后，表面电位试验基本全部合格，只有3号机27槽表面电位仍为2.0kV（处理前其表明电位为4.3kV），该槽线棒的炭化部分铲除已经达到线棒转角处，无法再进行处理。这说明该试验能准确发现存在端部绝缘缺陷的线棒。

4.结论

（1）在交直流耐压试验都合格情况下，依然出现了部分表面电位不合格的现象，这说明与直流、交流耐压试验相比，表面电位试验能够更有效检测定子绕组端部手包绝缘存在的局部缺陷。

（2）大型水轮发电机定子改造后，由于下线的线棒可能会使用修复后的旧线棒，而旧线棒由于使用时间长，多次受热，修复工艺等原因，端部绝缘性能存在隐患。表面电位试验能反映出这些旧线棒的端部绝缘缺陷，警醒施工检修人员对其进行处理。对发电机今后的稳定运行有一定的帮助。

（3）大型水轮发电机定子改造过程中，对线棒下线时的各项工艺都要高标准要求，这样能减少出现表面电位过高的情况。

（4）表面电位试验要在最佳的试验环境下进行，这样得出的数据才是准确无误的。

参考文献

[1] 冯复生.发电机定子表面电位测量中尚待商榷的几个问题.华北电力技术。1995.4

[2] 费翊群.关于表面电位测量的思考.华北电力技术。1995.4

[3] 冯复生.汽轮发电机端部线圈电位外移测量法及标准的探讨.华北电力技术。1993.6

[4] 张斌.应用电位外移法测试发电机定子绕组手包绝缘.上海电力。2002.4

[5] 张志权.水轮发电机定子绕组端部表面电位测量的探讨.电力讯息。2014.8

[6]田立.发电机定子线圈绝缘电位外移测量法及其应用.新疆电力技术，2008（2）.

[7]马明礼，等.200MW 发电机定子绕组端部施加直流电压下泄漏电流测量的技术分析.黑龙江电力，2007，29（6）.

[8]李建明，朱康.高压电气设备试验方法（第二版）.中国电力出版社，2001，8.

[9]《电气设备预防性试验规程》（DL/T596-1996）.

作者简介：

张明清（1976-11），男，湖南新晃，大专，高级技师；工程师，高压绝缘