大型發(fā)電機(jī)定子線棒耐電壓和擊穿試驗(yàn)綜述

魏威

【摘 要】絕緣是發(fā)電機(jī)的“心臟”，定子絕緣的可靠性關(guān)系到發(fā)電機(jī)能否安全運(yùn)行，絕緣試驗(yàn)是高電壓絕緣技術(shù)領(lǐng)域最重要的檢測(cè)手段，目前為止國(guó)內(nèi)外的各大公司和國(guó)際組織制定了多項(xiàng)考核絕緣質(zhì)量的試驗(yàn)，其中定子線棒的工頻耐電壓試驗(yàn)和擊穿試驗(yàn)是最重要絕緣質(zhì)量診斷試驗(yàn)。工頻耐電壓試驗(yàn)用于檢驗(yàn)絕緣的質(zhì)量而工頻擊穿試驗(yàn)用來(lái)檢驗(yàn)絕緣的設(shè)計(jì)裕度水平。本文介紹了試樣處理、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)過(guò)程等細(xì)則。

【關(guān)鍵詞】定子線棒 工頻耐電壓試驗(yàn) 擊穿試驗(yàn)

1概述

大型發(fā)電機(jī)定子線棒工頻耐電壓試驗(yàn)為單支定子線棒的主絕緣對(duì)地試驗(yàn)，用來(lái)檢查定子線棒在制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及安裝過(guò)程中主絕緣是否有缺陷、損傷或者受到其它物理、化學(xué)等環(huán)境因素作用而影響使用性能。另外，對(duì)于制造廠，可確保和監(jiān)控定子線棒制造過(guò)程總工藝及質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

將定子線棒放置在定子線棒架上，用潔凈的棉紗將定子線棒表面擦拭干凈。用專(zhuān)用金屬小銅錘沿定子線棒絕緣表面均勻敲擊，聽(tīng)其聲音聲音來(lái)判斷絕緣的整體性；若有發(fā)空部位則用卷尺測(cè)量其尺寸，做好記錄。

由定子線棒中點(diǎn)位置向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)量取一定長(zhǎng)度，總長(zhǎng)度與槽部（定子鐵心）尺寸相同。將定子線棒槽部包上厚度為0.0008～0.0015mm的鋁箔，中部綁上多股裸銅線作為接地極，在鋁箔上平繞或者1/3疊繞（勒緊）一層玻璃絲帶，用記號(hào)筆在玻璃絲帶上標(biāo)注該線棒號(hào)。在線棒任一端的導(dǎo)體上綁上多股裸銅軟線作為高壓極。包扎時(shí)務(wù)必保證接地電極與定子線棒表面緊密接觸良好，否則可能存在點(diǎn)接觸，未接觸區(qū)域的電位不為零。

3試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備為工頻試驗(yàn)變壓器，并需采用接觸調(diào)壓方式，與傳統(tǒng)的移圈感應(yīng)式調(diào)壓方式相比，這種方式的輸出電壓穩(wěn)定，波形畸變極小，對(duì)于提高試驗(yàn)精度、減小系統(tǒng)誤差具有重要作用。根據(jù)試品的電容量選擇合適的試驗(yàn)變壓器裝置。

kVA

其中PS為試驗(yàn)變壓器容量，單位為kVA；U為外施試驗(yàn)電壓，單位為kV；C為試品電容量，可由介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)測(cè)出，單位為pF；ω為外施電壓的角頻率，單位為rad/s。

4試驗(yàn)過(guò)程

在空氣中使用正接線的方法機(jī)型工頻耐電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程包括將1支處理好的定子線棒放置在試驗(yàn)平臺(tái)上，定子線棒與平臺(tái)之間墊上適量數(shù)目的瓷瓶；將地線、高壓引線與定子線棒連接；檢查所有接線無(wú)誤后，試驗(yàn)人員撤離高壓試驗(yàn)區(qū)，關(guān)閉操作間與高壓試驗(yàn)區(qū)之間的隔離門(mén)，檢查門(mén)連鎖裝置是否靈敏，高壓試驗(yàn)警示燈是否顯示，然后按照試驗(yàn)變壓器操作規(guī)程升高電壓，待升至規(guī)定電壓后，進(jìn)行耐壓計(jì)時(shí)（通常為1min），直至耐壓通過(guò)，試驗(yàn)結(jié)束，若試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生主絕緣擊穿或者沿面爬電擊穿，該試驗(yàn)視為結(jié)束，試驗(yàn)過(guò)程中若發(fā)生停電事故，應(yīng)將控制臺(tái)的電源總開(kāi)關(guān)切斷，待回復(fù)送電后，繼續(xù)試驗(yàn)。

為節(jié)省時(shí)間、提高效率，許多時(shí)候需要將多個(gè)定子線棒擺放在一起進(jìn)行工頻耐電壓試驗(yàn)。例如對(duì)2支定子線棒擺放在一起進(jìn)行工頻耐電壓試驗(yàn)，在空氣中采用正接線的方法進(jìn)行測(cè)試，將定子線棒平行等距的放置在試驗(yàn)平臺(tái)上，試驗(yàn)過(guò)程與單支定子線棒工頻耐電壓試驗(yàn)相同。

以2支定子線棒為例，根據(jù)2支水輪發(fā)電機(jī)定子線棒端部的表面電位分布趨勢(shì)分析，在防電暈區(qū)域任意2點(diǎn)的電位都是不同的。從高低阻搭接處到高阻防電暈?zāi)┒说姆秶鷥?nèi)，電位的變化最為顯著；外施電壓越高，電位梯度的變化就越大，例如1.5倍額定電壓下的變化量大于1.0倍額定電壓下的變化量，以下就兩種情況進(jìn)行說(shuō)明：

（1）高電阻搭接處位置相齊時(shí)，2支定子線棒的防暈結(jié)構(gòu)相同，在耐電壓試驗(yàn)過(guò)程中，2支定子線棒間最短距離的表面電位處處相等，定子線棒間的空氣隙承受的電壓為零，定子線棒間不會(huì)發(fā)生放電；

（2）高低阻搭接處位置不相齊時(shí)，2支定子線棒的防電暈結(jié)構(gòu)相同，在耐電壓試驗(yàn)過(guò)程中，2支定子線棒間最短距離的表面電位出現(xiàn)差值，隨著外施電壓的逐步升高，電位差將逐漸增大，進(jìn)而導(dǎo)致2支定子線棒間發(fā)生放電，若對(duì)多支定子線棒同時(shí)進(jìn)行耐電壓試驗(yàn)，由于2支定子線棒間的放電導(dǎo)致電場(chǎng)分布發(fā)生變化，進(jìn)而引起多支定子線棒端部發(fā)生閃絡(luò)，從而導(dǎo)致試品嚴(yán)重?fù)p壞。

5 工頻擊穿試驗(yàn)

工頻擊穿試驗(yàn)為單支定子線棒主絕緣對(duì)地試驗(yàn)，主絕緣破壞時(shí)的電壓即為擊穿電壓。工頻擊穿試驗(yàn)用來(lái)檢查定子線棒主絕緣的耐電應(yīng)力裕度系數(shù)，以及在制造過(guò)程中主絕緣是否有缺陷；根據(jù)擊穿的位置確定制造模具是否有問(wèn)題，從而為改進(jìn)工藝提供參考。

工頻擊穿的主要試驗(yàn)方法可分為瞬時(shí)工頻擊穿和逐級(jí)工頻擊穿，根據(jù)技術(shù)合同及考核指標(biāo)的需要進(jìn)行選擇，詳細(xì)描述如表1所示。

表1 工頻擊穿試驗(yàn)方法

瞬時(shí)工頻擊穿 逐級(jí)工頻擊穿

室溫，變壓器油中，反接線法測(cè)試（定子線棒導(dǎo)體接地、測(cè)量極接高壓），從0值起連續(xù)升壓、直至擊穿、升壓速度1000V/s 室溫，變壓器油中，反接線測(cè)試（定子線棒導(dǎo)體接地、測(cè)量極接高壓），從0值起升至起始電壓值，保持60s；如果沒(méi)有發(fā)生擊穿，則升高5kV，再保持60s，以此類(lèi)推，直至試品擊穿

將定子線棒放置在線圈架上，用潔凈的棉紗將表面擦拭干凈。由線棒中點(diǎn)位置向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)量取一定尺寸，總長(zhǎng)度與槽部（定子鐵心）尺寸相同。將線棒槽部包上厚度為0.0008～0.0015mm的鋁箔，中部綁上多股裸銅軟線作為高壓極，在鋁箔上平繞或疊繞一層玻璃絲帶，用記號(hào)筆在玻璃絲帶上標(biāo)注該線棒號(hào)。在線圈任一端的導(dǎo)體上綁上多股裸銅軟線作為接地極。

通常主絕緣擊穿時(shí)的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其工頻耐壓值，對(duì)于玻璃絲帶的包扎緊度沒(méi)有工頻耐壓的要求高（在高場(chǎng)強(qiáng)下，空氣隙放電使得線圈直線低阻的表面電位相同）。

工頻擊穿試驗(yàn)在變壓器油中進(jìn)行，應(yīng)根據(jù)線圈直線的長(zhǎng)短綁上適當(dāng)長(zhǎng)度（以線圈全部沒(méi)入變壓器油中為準(zhǔn)）的滌波繩2～3根。

真機(jī)定子線棒工頻擊穿試驗(yàn)在變壓器油中采用反接法進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)過(guò)程如下：將1支處理好的定子線棒用木杠穿入滌波繩，并將其抬入變壓器油槽中，銅導(dǎo)體接地、鋁箔電極接高壓；檢查所有接線無(wú)誤后，一人上大廳二樓走臺(tái)處觀察擊穿過(guò)程及擊穿部位，其他試驗(yàn)人員撤離高壓試驗(yàn)區(qū)；關(guān)閉操作間與高壓試驗(yàn)區(qū)之間的隔離門(mén)，檢查門(mén)聯(lián)鎖裝置是否靈敏，高壓試驗(yàn)警示燈是否顯示；按照試驗(yàn)變壓器操作規(guī)程及委托說(shuō)明，選擇合適的工頻擊穿試驗(yàn)方法；試驗(yàn)過(guò)程中若發(fā)生停電事故，應(yīng)將控制臺(tái)的電源總開(kāi)關(guān)切斷，待恢復(fù)送電后，繼續(xù)試驗(yàn)；試驗(yàn)中發(fā)生意外情況，應(yīng)立即將控制臺(tái)上的“緊急按鈕”按下，以避免更大事故的發(fā)生；試驗(yàn)結(jié)束后，將油箱蓋好，將所用工具及材料放回原處，清理作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。