劉展麟 尹紅

摘 要：文章提出了一種由超低頻正弦波高壓發(fā)生器與超低頻電壓測(cè)量系統(tǒng)相結(jié)合的超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備，并對(duì)該試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用于交流耐壓試驗(yàn)中的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，然后結(jié)合某核電站3#發(fā)電機(jī)組交流耐壓試驗(yàn)實(shí)例，分析了該耐壓試驗(yàn)設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用方法與步驟，證實(shí)了大型發(fā)電機(jī)超低頻交流耐壓試驗(yàn)的可行性與可靠性，值得重視。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；超低頻；交流耐壓試驗(yàn)

在核電廠電機(jī)容量不斷增加的背景之下，發(fā)電機(jī)繞組相對(duì)于基座以及大地的電容呈現(xiàn)出了較快的發(fā)展趨勢(shì)。在針對(duì)電機(jī)定子繞組進(jìn)行工頻交流耐壓試驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中，需要投入耐壓試驗(yàn)中的變壓器容量也有非常明顯的提升趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)裝置與設(shè)備規(guī)模較大，在實(shí)際操作中存在非常多的不便之處。針對(duì)該問(wèn)題，有關(guān)研究人員的提出可以嘗試降低交流耐壓試驗(yàn)的工作頻率，將常規(guī)的50Hz工頻下降至0.1Hz超低頻狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，其目的是降低被試驗(yàn)發(fā)電機(jī)的容量單位，即可以使用低容量的試驗(yàn)設(shè)備完成較高工頻試驗(yàn)的目的，由此可見(jiàn)其對(duì)驗(yàn)證核電廠大型發(fā)電機(jī)耐壓性能的重要價(jià)值。

1 超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備基本構(gòu)成

超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備的主要構(gòu)成包括兩個(gè)部分，其一是超低頻正弦波高壓發(fā)生器，其二是超低頻電壓測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)于第一部分而言，其主要工作原理是先由工頻電源通過(guò)整流處理的方式形成相對(duì)穩(wěn)定的直流電壓，然后自逆變電流轉(zhuǎn)換形成1000Hz高頻電壓。高頻電壓受到0.1Hz超低頻振蕩電壓的調(diào)制與影響，經(jīng)過(guò)升壓以及整流等一系列操作可形成負(fù)極性高壓以及正極性高壓，再經(jīng)過(guò)壓敏元件的峰位換相處理，可形成正弦波電壓，并在電容器支持下進(jìn)行解調(diào)，最終輸出0.1Hz超低頻正弦波高電壓。第二部分則在分壓器的支持下對(duì)高壓信號(hào)進(jìn)行分壓，然后對(duì)分壓所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)傳輸至終端顯示器中進(jìn)行顯示，并通過(guò)單片機(jī)對(duì)試驗(yàn)電壓值進(jìn)行計(jì)算，最終于終端顯示試驗(yàn)結(jié)果。

2 利用超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行交流耐壓實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

在利用超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備對(duì)大型發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中，設(shè)備的體積較小，工作步驟簡(jiǎn)單，有較高的可行性。同時(shí)，實(shí)際應(yīng)用中，這種基于超低頻的交流耐壓試驗(yàn)方法還呈現(xiàn)出了以下幾個(gè)方面的突出優(yōu)勢(shì)：

第一，大型發(fā)電機(jī)超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備具有支持交流耐壓試驗(yàn)的特點(diǎn)。即對(duì)于核電廠復(fù)合電機(jī)而言，其內(nèi)部結(jié)緣介質(zhì)上電壓分布是以電容為依據(jù)的。換句話來(lái)說(shuō)，對(duì)于50Hz頻率以及0.1Hz頻率而言，兩種狀態(tài)下的電壓分布有高度一致的特點(diǎn)，因此工頻耐壓試驗(yàn)與超低頻耐壓試驗(yàn)具有較高等效性特點(diǎn)。

第二，大型發(fā)電機(jī)超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備能夠準(zhǔn)確顯示大型發(fā)電機(jī)繞組端部存在的絕緣缺陷問(wèn)題。在工頻電壓的運(yùn)行工況下，電容電流自線棒流出后經(jīng)過(guò)絕緣外半導(dǎo)體防暈層時(shí)會(huì)發(fā)生較大的電壓降現(xiàn)象，進(jìn)而致使大型發(fā)電機(jī)繞組端部絕緣線棒所承受的電壓水平明顯下降。而在超低頻運(yùn)行工況的作用之下，由于電壓頻率降低趨勢(shì)明顯，則自線棒所流出的電容電流有非常明顯的下降趨勢(shì)，這也就意味著半導(dǎo)體防暈層中壓降下降明顯，增加繞組端部絕緣層電壓水平，進(jìn)而在繞組端部絕緣缺陷的判斷上更加的準(zhǔn)確與及時(shí)。

第三，大型發(fā)電機(jī)超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)用還能夠有效減少大型發(fā)電機(jī)在交流耐壓試驗(yàn)過(guò)程中絕緣內(nèi)部的局部放電量，同時(shí)對(duì)延長(zhǎng)電機(jī)絕緣使用壽命也有重要價(jià)值。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 試驗(yàn)概況

XX年XX月XX日，在某核電站3#發(fā)電機(jī)大修過(guò)程中以0.1MHz超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法替代常規(guī)50.0Hz工頻耐壓試驗(yàn)方法進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。3#發(fā)電機(jī)基本技術(shù)參數(shù)為：（1）額定電壓=20.0kV；（2）額定電流=9339.0A；（3）額定功率=330.0MW；（4）額定功率因數(shù)=0.85。

3.2 試驗(yàn)步驟

第一步，按照設(shè)計(jì)方法連接大型發(fā)電機(jī)超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備，安排工作人員對(duì)接線情況進(jìn)行詳細(xì)檢查，在確認(rèn)無(wú)誤后合上電源開(kāi)關(guān)，并開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)控制器。

第二步，對(duì)大型發(fā)電機(jī)超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備中相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：（1）輸出頻率=0.1MHz；（2）試驗(yàn)時(shí)間=60.0s；（3）試驗(yàn)電壓=50.9kV；（4）過(guò)電壓保護(hù)值=55.9kV；（5）過(guò)電流保護(hù)值=0.1mA。

第三步，即按下大型發(fā)電機(jī)超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備中升壓按鈕，使試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入升壓狀態(tài)下，在升壓過(guò)程中將電壓勻速自0提升至50.0kV。

第四步，在試驗(yàn)設(shè)備電壓提升至50.0kV后，操作大型發(fā)電機(jī)超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備中電壓微調(diào)按鈕對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到50.9kV的試驗(yàn)電壓為控制標(biāo)準(zhǔn)，然后開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間達(dá)到60.0s后勻速降壓并執(zhí)行放電操作。

第五步，在發(fā)電機(jī)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前、試驗(yàn)后，針對(duì)不同時(shí)刻狀態(tài)下絕緣電阻參數(shù)以及對(duì)應(yīng)比值進(jìn)行計(jì)算，以此作為依據(jù)來(lái)判定該發(fā)電機(jī)絕緣性能是否存在缺陷。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合相關(guān)研究數(shù)據(jù)來(lái)看，在絕緣性能發(fā)生缺陷時(shí)，電流吸收反應(yīng)不明顯，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，電流取值有緩慢下降的趨勢(shì)。在本次研究中，以50.09kV作為試驗(yàn)電壓，該狀態(tài)下測(cè)試3#發(fā)電機(jī)在15.0s以及60s狀態(tài)下的絕緣電阻以及吸收比。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示（見(jiàn)表1）。結(jié)合表1數(shù)據(jù)來(lái)看，在發(fā)電機(jī)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前、試驗(yàn)后，各相絕緣電參數(shù)以及吸收比變化不明顯，與有關(guān)規(guī)程要求相符合，因此認(rèn)為對(duì)于3#發(fā)電機(jī)而言，絕緣電阻在交流耐壓試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中未發(fā)生閃絡(luò)或絕緣擊穿等問(wèn)題，試驗(yàn)性能合格、可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

核電站發(fā)電機(jī)多為百萬(wàn)千瓦級(jí)大型核電機(jī)組，在完成對(duì)發(fā)電機(jī)的安裝作業(yè)后需要及時(shí)進(jìn)行交流、直流耐壓試驗(yàn)，其目的是對(duì)發(fā)電機(jī)的絕緣性能有一個(gè)全面的檢驗(yàn)與評(píng)估。其中，直流耐壓試驗(yàn)的目的是評(píng)估發(fā)電機(jī)是否存在間隙性缺陷以及端部缺陷，而對(duì)于交流耐壓試驗(yàn)而言，由于試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中的電壓波形，工作頻率與發(fā)電機(jī)工作電壓一致，因此作用于絕緣內(nèi)部的電壓分布以及擊穿性能與發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)相符，對(duì)絕緣的劣化和熱擊穿的效應(yīng)而言，交流耐壓試驗(yàn)?zāi)苡行Оl(fā)現(xiàn)槽部絕緣缺陷。為提高交流耐壓試驗(yàn)的精確性，同時(shí)簡(jiǎn)化試驗(yàn)操作，本次研究中提出一種可適用于大型發(fā)電機(jī)交流耐壓試驗(yàn)的方法，引入超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，對(duì)保障試驗(yàn)結(jié)果的精確性有重要意義，值得重視。

參考文獻(xiàn)

[1]李新煒，蔣周士，史可琴，等.火電廠動(dòng)力系統(tǒng)與電力系統(tǒng)超低頻振蕩的相關(guān)性[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2009，29（8）：75-78.

[2]劉斌.SDF系列智能超低頻耐壓裝置應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（4）：277-277.

[3]楊?lèi)?ài)愛(ài).交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜超低頻耐壓試驗(yàn)方法[J].山西冶金，2010，33（5）：64-66.