劉國(guó)虎

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410001）

0 引言

交、直流耐壓試驗(yàn)是貫流式發(fā)電機(jī)定子絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目之一，交流耐壓試驗(yàn)符合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行工況，相比其他類型試驗(yàn)，優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在耐壓試驗(yàn)時(shí)電壓和機(jī)組運(yùn)行的電壓波形、頻率相似，施加在線圈絕緣內(nèi)的電勢(shì)狀況與機(jī)組工作時(shí)的狀態(tài)相同。從絕緣老化試驗(yàn)或熱擊穿方面分析，定子線圈交流耐壓是對(duì)線圈絕緣主要檢驗(yàn)手段，所以定子線圈交流耐壓試驗(yàn)普遍應(yīng)用在在發(fā)電機(jī)安裝、運(yùn)行和檢修過程中；直流耐壓試驗(yàn)，可以從試驗(yàn)過程中電壓和電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系中觀察絕緣狀態(tài)，在絕緣尚未擊穿前發(fā)現(xiàn)或找出缺陷。

柬埔寨桑河二級(jí)水電站位于柬埔寨王國(guó)境內(nèi)的桑河干流上，是目前柬埔寨最大的水電工程。電站總裝機(jī)容量40 萬千瓦。安裝8 臺(tái)中國(guó)產(chǎn)的51 MW 貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，工作水頭和機(jī)組容量在同類機(jī)組中位于世界前列。發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)年在數(shù)十米的水底運(yùn)行，很有必要對(duì)發(fā)電機(jī)定子線圈進(jìn)行耐壓試驗(yàn)檢查，下面以1 號(hào)機(jī)組定子線圈的交、直流耐壓試驗(yàn)方法為例進(jìn)行分析。

1 定子線圈主要參數(shù)

定子繞組為三相雙層二支路“Y”形連接條式波繞組結(jié)構(gòu)。線棒端部采用支撐環(huán)、層間端箍并利用綁扎帶進(jìn)行端部固定。線棒采用銀銅焊連接成各支路，通過銅環(huán)引線引出與升壓設(shè)備連接。

主要參數(shù)為：額定功率58 MV·A；額定電壓10.5 kV；額定電流3234 A；并聯(lián)支路數(shù)a=2；繞組相數(shù)3 相；繞組型式為雙層波繞組；定子鐵芯396 槽；節(jié)距為1-8-183。

2 定子線圈交、直流耐壓的檢查項(xiàng)目

線圈繞組三相及分支回路電阻的測(cè)量；線圈繞組耐壓試驗(yàn)前溫度、氣隙等傳感器檢查：線圈繞組相間及對(duì)地的絕緣電阻值、吸收比（或極化指數(shù)）測(cè)量；線圈繞組各相間及對(duì)地直流泄漏及耐壓試驗(yàn)；線圈繞組各相間及對(duì)地交流耐壓試驗(yàn)；耐壓試驗(yàn)后線圈繞組相間及對(duì)地絕緣檢查；耐壓試驗(yàn)后溫度、氣隙等傳感器檢查。

3 定子線圈交、直流耐壓試驗(yàn)電源準(zhǔn)備

定子線圈交、直流耐壓試驗(yàn)電源采用380 V 供電，電源容量120 kV·A，試驗(yàn)電源供電穩(wěn)定可靠，保護(hù)靈敏，選用380 V、200 A 主控?cái)嗦菲鞑⒃O(shè)定好保護(hù)值；根據(jù)接線圖將試驗(yàn)操作臺(tái)、升壓設(shè)備、高壓測(cè)量保護(hù)裝置連接好，檢查接線無誤和高低壓電纜線絕緣合格；由試驗(yàn)工程師對(duì)試驗(yàn)裝置通電操作并檢查，增加或減小電壓、調(diào)整氣隙大小、調(diào)整過流、過壓保護(hù)裝置并動(dòng)作可靠，對(duì)試驗(yàn)主回路試通電操作檢驗(yàn)。

4 定子線圈交、直流耐壓試驗(yàn)步驟及方法

4.1 測(cè)量線圈繞組三相及分支回路電阻

該發(fā)電機(jī)定子線圈共有三相繞組，每相繞組由二分支路組成；回路檢查完成后，用直流電阻測(cè)試儀分別測(cè)量定子線圈繞組每相及每一支路的直流電阻值，檢查相與相之間、支路與支路之間直流電阻值之間差值≤最小值的2%；有異?；虺^要求數(shù)值的需對(duì)相應(yīng)繞組查明原因并處理達(dá)標(biāo)。

4.2 線圈繞組耐壓試驗(yàn)前檢查溫度、氣隙傳感器

線圈繞組交直流耐壓前：用9 V 低電壓歐姆表檢查溫度、氣隙傳感器的電阻附合要求；用100 V 兆歐表檢查傳感器的對(duì)地絕緣電阻；線圈繞組交直流耐壓后：再次用9 V 低電壓歐姆表檢查溫度、氣隙傳感器的電阻附合要求；用100 V 兆歐表檢查傳感器的對(duì)地絕緣電阻。

4.3 線圈繞組三相間及地的絕緣電阻值、吸收比（或極化指數(shù)）測(cè)量

（1）用電動(dòng)兆歐表2500 V 檔自動(dòng)測(cè)量各相間及對(duì)地的絕緣電阻應(yīng)附合下述結(jié)果。

式（1）中，R 為絕緣電阻（MΩ），Ue為額定工作電壓（V），Se為機(jī)組額定容量（kV·A）。

10.5+1=22 MΩ，（線圈繞組溫度40 ℃時(shí)≥22 MΩ）；

Re（100）=Ue/（1000+Se/100）=10 500/（1000+58 000/100）=6.65 MΩ（線圈繞組溫度100 ℃時(shí)≥6.65 MΩ）。

（2）測(cè)量計(jì)算各相線圈繞組的吸收比或極化系數(shù)。

用電動(dòng)兆歐表分別測(cè)量并記錄各相線圈繞組在15 s、60 s、600 s 的絕緣電阻值，計(jì)算在40 ℃以下時(shí)Re60 s/Re15 s 的比值（吸收比）≥1.6，或Re10 min/Re1 min 的比值（極化指數(shù)）≥2.0。如吸收比（或極化指數(shù)）≤1.6，判斷絕緣不合格，需對(duì)線圈繞組進(jìn)行干燥。

干燥方法有：對(duì)定子線圈繞組通直流電流進(jìn)行干燥；在定子線圈周圍適當(dāng)部位布置加熱器和通風(fēng)機(jī)進(jìn)行干燥；線圈繞組進(jìn)行干燥時(shí)隨時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

4.4 線圈繞組各相間及對(duì)地直流泄漏及耐壓試驗(yàn)

（1）用直流高壓發(fā)生器對(duì)線圈繞組各相間及對(duì)地直流泄漏及耐壓試驗(yàn)，直流試驗(yàn)電壓按每階段0.5 倍額定電壓分級(jí)上升，在每一級(jí)電壓保持1 min，并讀取直流泄漏電流數(shù)值，最后直流試驗(yàn)電壓升到3Ue即31.5 kV；直流泄漏及耐壓試驗(yàn)接線（圖1）。

圖1 直流泄漏及耐壓試驗(yàn)接線

（2）試驗(yàn)過程中注意觀察及分析，每級(jí)直流電壓達(dá)到并保持時(shí)，直流泄漏電流應(yīng)不隨時(shí)間增加而增大，在要求的試驗(yàn)電壓值下各相泄漏電流的差值不大于最小值的50%。

（3）有異?；虺^要求數(shù)值的需對(duì)相應(yīng)繞組查明原因并處理。

4.5 線圈繞組各相間及對(duì)地交流耐壓試驗(yàn)

4.5.1 交流耐壓試驗(yàn)儀器及設(shè)備

因機(jī)組容量大，對(duì)該機(jī)組定子線圈繞組進(jìn)行交流耐壓的試驗(yàn)設(shè)備采用工頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)儀，主要有可調(diào)電抗器1 套、激勵(lì)變壓器1 套、分壓器1 臺(tái)、調(diào)壓控制臺(tái)1 套（表1）。

表1 交流耐壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備規(guī)格參數(shù)

需調(diào)整的交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備，主要是對(duì)恒定電感器和可調(diào)節(jié)電感器的計(jì)算和選配。根據(jù)定子繞組整體分相耐壓試驗(yàn)（串聯(lián)諧振）接線原理計(jì)算電感量（圖2）。

圖2 定子繞組整體分相耐壓試驗(yàn)接線

式（2）中L0為可調(diào)電抗器電感量，R 為可調(diào)節(jié)電抗器的有功損耗與被試品介質(zhì)損耗等回路綜合損耗的串聯(lián)等效電阻，Cx為定子線圈繞組電容量。

根據(jù)串聯(lián)諧振原理，在感抗XL等于負(fù)載電容的容抗Xcx時(shí)，實(shí)現(xiàn)完全諧振。該機(jī)組定子線圈繞組整體對(duì)地電容為3.96 μF，定子分相電容為1.32 μF，計(jì)算得每相耐壓時(shí)L0=7.68 H，選用可調(diào)節(jié)電抗器的電感調(diào)節(jié)量為（7.7～21）H，能滿足諧振調(diào)節(jié)要求。

電容電流計(jì)算：I=ωCU，計(jì)算可得I=9.948 A。

4.5.2 定子線圈繞組分相交流耐壓

直流耐壓及泄漏試驗(yàn)合格后，發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行分相整體耐壓試驗(yàn)。復(fù)查試驗(yàn)接線無誤，檢查低壓電纜的絕緣電阻值＞0.5 MΩ 并對(duì)加壓高壓電纜架空處理；對(duì)定子溫度傳感器和氣隙傳感器引線進(jìn)行短接接地；定子鐵芯和機(jī)座用120 mm2銅纜接地。試驗(yàn)時(shí)非耐壓相的線圈繞組均接地。

該發(fā)電機(jī)額定電壓為10.5 kV，根據(jù)要求，試驗(yàn)電壓為（2Ue+3.0）kV，即24 kV。試驗(yàn)操作是升壓平穩(wěn)，升壓過程中觀察線圈繞組的電暈和放電情況，如有異常，停止試驗(yàn)并檢查處理。

4.6 檢查線圈繞組相間及對(duì)地絕緣、溫度、氣隙傳感器

試驗(yàn)完成后，用2.5 kV 兆歐表檢查定子線圈繞組的絕緣電阻無突變；用低電阻表檢查溫度、氣隙傳感器阻值和絕緣電阻正常。

5 發(fā)電機(jī)定子試驗(yàn)結(jié)果（表2～表4）

表2 絕緣電阻試驗(yàn)和吸收比

表3 定子繞組直流耐壓試驗(yàn)和泄漏電流測(cè)量 μA

表4 定子整體耐壓試驗(yàn)

6 結(jié)束語

按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)電機(jī)定子線圈繞組整體試驗(yàn)前后絕緣穩(wěn)定；交、直流耐壓試驗(yàn)結(jié)果平衡且無突變；試驗(yàn)結(jié)果附合要求，定子線圈交直流整體試驗(yàn)通過。目前，機(jī)組均已順利投入運(yùn)行。該水電站是“一帶一路”建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目、中柬能源合作的典范，建成投產(chǎn)后，將對(duì)柬及東南亞地區(qū)加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善民生具有重大意義。