定子绕组端部绝缘施加直流电压试验在空冷发电机中的应用

王美树，金 泱

（1.浙江浙能金华燃机发电有限责任公司，浙江 金华 321025；2.浙江浙能技术研究院有限公司，杭州 311121）

0 引言

发电机定子绕组直流耐压（包括泄漏电流测量）及交流耐压试验是检测发电机是否存在绝缘缺陷的常规方法[1]。工频交流耐压试验易于发现定子绕组槽内部分及槽口附近的绝缘缺陷，而直流耐压试验对于发现定子绕组端部的缺陷较为有效[2]。当定子绕组端部存在局部绝缘缺陷时，由于距离地电位较远，具有较高的绝缘电阻，交、直流耐压对查出该部位的绝缘缺陷存在一定的局限性[3-5]。

定子绕组端部绝缘施加直流电压试验作为检测绝缘缺陷常规方法的有效补充，能够有效发现定子绕组端部（如端部接头、锥部、手包绝缘处）的局部绝缘缺陷并对缺陷点进行定位。根据DL/T 596-1996《电力设备预防性试验要求》规定要求，200 MW及以上的国产水氢氢汽轮发电机组在必要时需对定子绕组端部手包绝缘处进行该试验以检验手包绝缘的质量，而对200 MW以下的空冷发电机组并未作出相关要求。DL/T 1612-2016《发电机定子绕组手包绝缘施加直流电压测量方法及评定导则》适用于定子绕组使用手包绝缘的水内冷汽轮发电机。对空冷发电机及使用绝缘盒作为端部绝缘的发电机均未明确要求，文中认为定子绕组端部施加直流电压试验对空冷发电机组定子绕组端部局部绝缘缺陷的检测同样适用。现就某发电厂机组非停事故的原因及修复过程中定子绕组端部施加直流电压试验情况作详细介绍。

1 事故简介

某发电厂136 MW空冷发电机机组于2016年10月发生发电机内部定子绕组相间短路故障，致使机组停机。

解体发电机后检查发现，燃机侧6点位置共有2组定子绕组的端部绝缘盒烧损、内部导体受损。解剖未发生故障的绝缘盒发现有绝缘材料未填满、盒内有较多气孔、裂纹等情况，个别绝缘盒加工时铜材导体未装在绝缘材料的中间或铜块倾斜，出现一边绝缘厚，一边绝缘薄的现象。

由于部分绝缘盒内绝缘材料未填满，盒内存在较多气孔和裂痕，该发电机组长时间停运时湿气从接缝处进入绝缘盒后沿着气孔和裂痕在绝缘材料中扩散，导致铜导体与绝缘盒外壳之间的绝缘电阻大幅降低。故障发生部位正好在两相之间，1个绝缘盒外壳上的电压引起2个绝缘盒之间间隔块和绑绳的电晕放电[6]，最终在较短的时间内绝缘盒绝缘劣化引起相间短路。

绝缘盒的结构如图1所示，在绝缘泥填装的过程中，绝缘盒内端部铜排四周绝缘泥的均匀程度和紧实程度全由人工把控，质量无法保证，因此容易发生铜排四周绝缘泥分布不均、绝缘泥中混入气泡的情况。在绝缘泥受热固化时，混入绝缘泥中的气泡受热膨胀，最终在绝缘泥中形成气隙。上述2种情况均有可能导致绝缘盒内铜排电位外移至绝缘盒表面，然而目前没有其他手段来检测绝缘盒内是否存在上述隐患，因此为了检验发电机定子绕组重绕后，定子绕组端部绝缘盒内绝缘材料的施工质量是否过关，防止类似的非停事故再次发生，在该机组定子绕组重绕后，绕组对地绝缘电阻测试合格的情况下，对定子绕组端部绝缘盒进行了施加直流电压测量试验。

2 试验仪器、原理及方法

2.1 试验仪器

试验所用仪器为FBG-Ⅱ型表面电位测量杆和ZBG-60/2型直流高压发生器。其中，表面电位测量杆由测量精度1.5级、测量范围0.1—25 kV、分压比1∶1 000的电压表，直流微安表和多个电阻串联总阻值为100 MΩ的分压电阻组成。测量杆头部装有电位测试探针，头部至手柄处有不少于1 m的绝缘杆以保证操作人员的安全。

图1 绝缘盒结构示意

2.2 试验原理

试验原理如图2所示，定子绕组在直流试验电压作用下，若端部绝缘盒内绝缘良好，则绝缘盒内的体积电阻要远远大于绝缘盒外的表面电阻，绝缘盒内绝缘材料所承受的电压与试验电压近似相等，盒外表面对地电压较低；若端部绝缘盒内绝缘存在缺陷，则绝缘盒内绝缘材料所承受的电压相应降低，盒外表面对地电压相应升高。

图2 表面电位测量原理

2.3 试验方法

将发电机励侧、燃机侧所有的绝缘盒用锡箔纸包紧并且压平，尽可能使锡箔纸与绝缘盒表面之间接触良好。在发电机两侧绕组端部绝缘盒编号后，短接发电机三相定子出线端及其中性点并施加额定的直流电压，用表面电位测量杆依次触及各个绝缘盒表面锡箔纸，以检验是否存在电位外移现象。若发现个别绝缘盒外壳电压较高，则需仔细检查问题绝缘盒附近绝缘情况，排除干扰因素，复测后确定。

3 电位外移试验结果

试验分别取励侧11点方向（顺时针编号），燃机侧1点方向（逆时针编号）为1号检测点依次检测。表1为该发电机定子绕组重绕后燃机侧绕组端部绝缘盒电位外移的试验数据。如表1所示，燃机侧绝大多数绝缘盒内绝缘良好，表面电压仅为100 V（由于仪器精度问题，最小电压读数为100 V），38号、41号、42号绝缘盒表面电压相对于其他绝缘盒较高，分别为800 V，6 200 V和1 700 V。励侧所有绝缘盒内绝缘良好，表面电压全为100 V。

表1 燃机侧电位外移试验数据V

为确保发电机两侧所有绝缘盒内绝缘良好，决定将绝缘盒表面电位相对较高的38号、41号、42号绝缘盒拆除重新制作。图3为拆除绝缘盒外壳后，新安装的绝缘盒内部绝缘材料的填充情况。如图所示，填充绝缘材料的表面可见较多细小的气隙，这些气隙内部经过长时间的局部放电可能导致绝缘盒内部绝缘裂化，致使绝缘盒外壳电压升高。因此，即使是新安装的绝缘盒，也有可能存在绝缘隐患。在绝缘盒质量无法保证的情况下，绕组端部施加直流电压试验能够有效发现空冷机组定子绕组端部绝缘盒内部的绝缘隐患，防范于未然。

4 结语

图3 新安装绝缘盒内部绝缘材料质量情况

发电机定子绕组端部绝缘施加直流电压试验是直流耐压、泄漏试验以及交流耐压试验的有效补充。该试验同样能够检测200 MW以下空冷发电机定子绕组端部的绝缘缺陷。根据空冷发电机故障及大修时的该应用，提出以下建议：

（1）空冷发电机安装定子绕组时，应提高定子绕组端部绝缘盒制作的工艺及质量，尽可能减少气隙、裂痕的产生。

（2）做好发电机定子膛内的防潮工作，防止发电机受潮导致绝缘劣化。

（3）即使是定子绕组端部采用绝缘盒结构的空冷发电机，在大修时，也应该将施加直流电压试验纳入常规试验项目，以检验定子绕组端部的绝缘质量，防止类似的故障再次发生。

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