超低頻高壓發(fā)生器在發(fā)電機耐壓試驗中的應(yīng)用說明
目前國內(nèi)發(fā)電廠的發(fā)電機耐壓試驗主要采用傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗裝置，為了解決傳統(tǒng)工頻耐壓試驗裝置體積巨大、笨重以及造價高等問題，引進了0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置進行發(fā)電機耐壓試驗。本文在某發(fā)電廠機組大修中分別采用該試驗裝置與傳統(tǒng)發(fā)電機耐壓試驗裝置進行試驗，并對試驗結(jié)果的等效性進行分析，驗證采用0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置的優(yōu)勢和特點。
1 0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置概況
1.1 試驗裝置構(gòu)成
0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置主要由控制器和升壓器構(gòu)成，裝置實物如圖 1所示。裝置采用了數(shù)字變頻技術(shù)以及微機控制自動化技術(shù)。在整個升壓、降壓、測量和保護過程中，能夠通過液晶屏幕清晰、直觀地觀測試驗數(shù)據(jù)、輸出波形，并可打印試驗報告[1]。與傳統(tǒng)工頻耐壓試驗設(shè)備相比較，該裝置具有體積小、質(zhì)量小、現(xiàn)場運輸和使用方便等優(yōu)點。
1.2 試驗裝置特點
1.2.1 質(zhì)量小、體積小、運輸及使用方便
采用傳統(tǒng)的工頻耐壓技術(shù)進行發(fā)電機局部和槽部絕緣缺陷檢測時，因體積、質(zhì)量的原因，在試驗設(shè)備運輸過程中，至少需要1輛大型卡車和1輛吊車。相比之下，超低頻耐壓試驗設(shè)備質(zhì)量小（質(zhì)量約為工頻耐壓試驗設(shè)備的1/500）、體積小，節(jié)省了大量人力、物力，運輸和使用十分方便。
1.2.2 降低發(fā)電機的絕緣破壞程度
在超低頻耐壓試驗過程中，發(fā)電機局部產(chǎn)生的放電量很小，約為工頻耐壓試驗時的1/3750，對發(fā)電機的絕緣破壞程度明顯降低。如果發(fā)電機絕緣層薄弱，在進行工頻耐壓試驗過程中，則有可能進一步遭到破壞，在一兩年時間內(nèi)zui終導(dǎo)致絕緣擊穿，為發(fā)電機安全運行埋下隱患。而采用超低頻耐壓試驗裝置則可以更好地保護發(fā)電機的絕緣層，從而延長發(fā)電機的使用壽命，降低發(fā)電機的事故發(fā)生概率。
1.2.3 減少定子繞組端部防暈層損傷
與傳統(tǒng)工頻耐壓試驗裝置相比，0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置在耐壓試驗過程中所產(chǎn)生的電容電流更小，在電暈層產(chǎn)生的電能也就越小，從而減少對定子繞組端部防暈層的損傷。
1.2.4 更有效地檢測出端部絕緣缺陷
在施加相等電壓的條件下，采用0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置比傳統(tǒng)工頻耐壓試驗裝置在發(fā)電機線棒上產(chǎn)生的壓降更小，因此可擴大施壓范圍，更容易發(fā)現(xiàn)發(fā)電機絕緣缺陷。
2 等效電阻的選取
2.1 試驗電壓在絕緣介質(zhì)上的分布
發(fā)電機定子繞組絕緣體的等值電路如圖 2所示，圖中左側(cè)為絕緣體的等值電路，右側(cè)為單元等值電路，在單元等值電路中的等效阻抗Z[2]為：
式中R1—夾層絕緣體的單元等效電阻，Ω；
C1—夾層絕緣體的單元等效電容，F(xiàn)；
f—試驗電源頻率，Hz。
從公式（2）可以看出，當(dāng)頻率一定時，阻抗的取值僅取決于電容。由公式（1）簡化為公式（2）的過程中所產(chǎn)生的誤差大小僅與2πfC1R1有關(guān)，2πfC1R1的取值越大，則誤差越小。由此可見，采用0.1Hz超低頻與50Hz工頻對發(fā)電機絕緣進行耐壓試驗的結(jié)果相同（誤差可以忽略不計）。
2.2 試驗電壓的選取
0.1Hz超低頻耐壓試驗與50Hz工頻交流耐壓試驗具有等效性，其等效換算系數(shù)設(shè)為β。β由0.1Hz超低頻耐壓試驗的zui大擊穿電壓U′max與50Hz工頻交流耐壓試驗的zui大擊穿電壓Umax的比值確定。β的變化區(qū)間為1.15～1.2，根據(jù)《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗規(guī)程》[2]要求，在超低頻耐壓試驗中β取值為1.2。
當(dāng)采用0.1Hz超低頻耐壓裝置進行絕緣試驗時，發(fā)電機定子繞組試驗電壓計算公式[3]為：
式中K—工頻電壓倍數(shù)，通常取1.3～1.5；
Un—額定電壓，kV。
例如，1臺發(fā)電機出口電壓為20kV，根據(jù)公式（3）計算出0.1Hz超低頻耐壓試驗時，該發(fā)電機定子繞組試驗電壓峰值為50.9kV。
3 現(xiàn)場試驗分析
3.1 機組概況
2013年12月，在某發(fā)電廠4號發(fā)電機大修中采用了0.1Hz超低頻耐壓試驗方法替代工頻耐壓試驗。該發(fā)電廠4號發(fā)電機生產(chǎn)廠家為北重汽輪電機有限責(zé)任公司，型號為T-255-460。
3.2 現(xiàn)場試驗過程
3.2.1 試驗接線
按照試驗接線圖連接試驗接線，經(jīng)檢查無誤后合電源開關(guān)，并打開試驗控制器。
3.2.2 參數(shù)設(shè)置
設(shè)置試驗控制器上的各項試驗參數(shù)：輸出頻率為0.1Hz，試驗時間為1min，試驗電壓為50.9kV，過流保護值0.1mA，過壓保護值55.9kV。
3.2.3 自動升壓
按下升壓鍵后，儀器自動進入升壓狀態(tài)，在升壓過程中將電壓由0勻速升至50kV。
3.2.4 電壓微調(diào)
試驗電壓升至50kV后，需通過電壓微調(diào)按鈕來調(diào)整電壓，直至電壓調(diào)整到50.9kV開始計時，計時1min后，降壓并放電。
3.2.5 試驗數(shù)據(jù)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[4]，在耐壓試驗前后，通過測量耐壓過程中不同時刻的絕緣電阻及比值來判斷發(fā)電機的絕緣是否存在缺陷。當(dāng)絕緣有缺陷時，電流的吸收現(xiàn)象不明顯，電流隨時間延長緩慢下降，即吸收比變化不大。本試驗在施加50.9kV測試電壓的情況下，測量發(fā)電機在15s和60s的絕緣電阻并計算其吸收比，數(shù)據(jù)見表 2所示。從表 2數(shù)據(jù)可以看出，試驗前、后絕緣電阻及吸收比變化不大，符合規(guī)程規(guī)定，說明試驗過程中絕緣電阻沒有發(fā)生閃絡(luò)、絕緣擊穿等現(xiàn)象，試驗結(jié)果合格。
3.3 等效性驗證
為了驗證0.1Hz超低頻耐壓試驗的等效性和準(zhǔn)確性，采用工頻耐壓試驗方法再次對該發(fā)電廠4號發(fā)電機進行耐壓試驗，采用GXZ-400成套諧振耐壓試驗裝置，試驗電壓升至30kV，時間為1min。從表數(shù)據(jù)可以看出，耐壓試驗前、后發(fā)電機定子繞組絕緣電阻無明顯變化，說明試驗過程中絕緣電阻沒有發(fā)生閃絡(luò)、絕緣擊穿等現(xiàn)象，試驗結(jié)果合格。
3.4 結(jié)論
采用0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置和工頻耐壓試驗裝置分別對某發(fā)電廠4號發(fā)電機的定子絕緣進行測試。經(jīng)驗證，2種試驗方法具有等效性，證明了0.1Hz超低頻耐壓試驗方法在大型發(fā)電機耐壓試驗中的可行性[5]。
4 結(jié)語
通過在某發(fā)電廠4號發(fā)電機應(yīng)用0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置進行發(fā)電機耐壓試驗，能夠有效檢測出發(fā)電機定子繞組端部的絕緣缺陷。與傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗相比較，2種試驗方法具有等效性，且0.1Hz超低頻耐壓設(shè)備體積和質(zhì)量小，今后可在電纜、大型高壓旋轉(zhuǎn)電機、電力電容器等各種交流耐壓試驗中推薦使用。
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