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发电机绝缘试验异常的分析与探讨

发布时间:2019-11-13点击量:44

一般来说,在常规性检修发电机时,所进行的 试验包括绝缘电阻测试和直流泄漏兼耐压试验, 通 过测试结果进行判断,得出结论。大部分绝缘情况 受外部天气、受潮、脏污影响很大,可以从这些 方面去考虑分析,但本次的试验情况比较少见。 1  本次发电机试验中的问题 2017 年 5 月,上海某发电厂#1 发电机进行预防 性试验,该发电机型号:QFS-300-2,容量:300MW, 电压:18kV,定子线圈为双 Y 型绕组(即双拼绕组) , 出厂日期:1986 年 11 月,为上海电机厂生产,该 发电机于 2002 年进行扩容改造,扩容后为 330MW。 在本次检修前,运行情况良好,振动、温度等各运 行参数正常,历次试验数据合格、正常。 首先,进行发电机绝缘电阻测试。测量绝缘电 阻目的,主要是判断绝缘基本状况,它能发现绝缘 严重受潮、赃污和贯穿性的绝缘缺陷。

另外,还需
同时判断发电机定子绕组的吸收比和极化指数,这 也是判断绝缘的受潮程度。由于发电机容量大,所 以它的吸收现象和极化现象显著,而吸收比对绝缘 受潮较为灵敏。 该发电机由于是双 Y 型绕组,故每相有 2 个支 路,三相共计 6 个支路。在测其中一支路绝缘电阻 时,其余五相支路接地,具体数据见表 1。 很显然,A 相的两个支路都明显偏低,和其余 两相比差数 10 倍,数据明显不合格。对试验接线、 水回路及其他条件进行检查确认,其余两相 4 个支 路绝缘数据良好,吸收比正常,汇水管对绕组绝缘 良好,水质正常,均无明显问题。初步怀疑是绕组 绝缘问题,估计 A 相受潮、脏污所致,于是对 A 相 套管及出线进行擦拭,用风扇进行外部整体干吹。 再次进行绝缘测试,试验结果依旧此情况。遂检查 出线情况,怀疑是 A 相出线套管处绝缘支撑板有问 题,彻底拆除所有 A 相绝缘支撑板,再次进行试验。
技术与应用

试验结果见表 2。 由表 2 可见,发电机整体绝缘均有所下降(由 于这些天天气变化原因)。但 A 相绝缘还是明显低 于其他两相,与前面无明显变化。为进一步确认是 否 A 相确实系绝缘故障,试验人员决定试加直流电 压,情况见表 3。
B、 C 两相直流泄漏耐压全部通过,并试验合格, A 相两支路直流加至额定运行电压时,泄漏已经明 显很大,确如前面绝缘电阻情况所示,A 相存在严 重的绝缘故障。究竟是 A 相定子线圈内部还是外部 的影响所致,还需加紧进一步的探讨。
 
 
表 1  绝缘电阻数据 委托单位 上海某电厂 设备名称 1 号发电机 型号 QFS-330-2 效率/% 98.6 绝缘等级:F 级 cos φ :0.85 设备铭牌 容量/MW 330 频率/Hz 50 制造厂 上海汽轮发电机有限公司 试验日期 2017.5.20 天气:晴 环温:35℃ 湿度:65% C 修 试验状态:修前 定冷水导电率:0.76μS/cm 汇水管对地:40kΩ 汇水管对绕组:3.6MΩ 测试状态 逐相测试,非测试相短路接地 定子绕组 相位序号 A'X' AX B'Y' BY C'Z' CZ R15S 150 160 1900 1900 1900 1900 R60S 170 180 2700 2500 2600 2600 R600S 180 190 4000 4000 3900 3900 吸收比 1.13 1.13 1.42 1.32 1.37 1.37 试验项目 绝缘电阻/MΩ 试验前 极化指数 1.06 1.06 1.48 1.60 1.50 1.50
 
表 2  绝缘电阻数据 试验状态:修前 定冷水导电率:0.86μS/cm 汇水管对地:30kΩ 汇水管对绕组:3MΩ 测试状态 逐相测试,非测试相短路接地 定子绕组 相位序号 A'X' AX B'Y' BY C'Z' CZ R15S 120 130 1030 1070 1130 1080 R60S 140 150 1400 1510 1590 1590
试验项目
绝缘电阻 试验前/MΩ
吸收比 1.17 1.15 1.36 1.41 1.41 1.47
 
表 3  直流泄漏兼耐压测试 测试状态 逐相测试,非测试相短路接地
定子绕组
相位序号 A'X' AX B'Y' BY C'Z' CZ 总表 mA 7.8 7.5 1.8 1.7 1.7 1.6
0.5U:9kV
分表μA 50 62 4.0 4.0 4.0 3.0 总表 mA 15.0 15.2 3.6 3.5 3.6 3.5
1.0U:18kV
分表μA 110 120 10 9 10 8 总表 mA — — 5.7 5.5 5.6 5.5
1.5U:27kV
分表μA — — 15 13 14 13 总表 mA — — 7.4 7.3 7.3 7.2
试验项目
直流泄漏 兼耐压
2.0U:36kV
分表μA — — 20 19 19 18
 
技术与应用

2  试验异常后的故障查找及判断 该发电机定子是双 Y 型线圈结构,偏于老式, 此次发现的问题,从该机组投运以来还都没有遇见 过,以往都是绝缘整体偏低或天气原因。随后,在 反复检查时,试验人员无意中在 A 相单支路测试绝
缘时,非被测相不接地,这时数据发生明显变化, 见表 4。 A 相两支路绝缘电阻突然明显上升而且恢复正 常,并且 6 个支路数据均差不多,再次进行直流泄 漏试验,试验数据见表 5。 试验结果显示,直流泄漏值 6 个支路均正常, 表 4  绝缘电阻测试 试验状态:修前 定冷水导电率:0.8μS/cm 汇水管对地:40kΩ 汇水管对绕组:3.4MΩ 测试状态 AX 不接地 A'X'不接地 逐相测试,非测试相短路接地 定子绕组 相位序号 A'X' AX B'Y' BY C'Z' CZ R15S 1090 980 1030 1070 1130 1080 R60S 1450 1370 1400 1510 1590 1590 R600S 2200 2300 2200 2300 2300 2400 吸收比 1.33 1.40 1.36 1.41 1.41 1.47
试验项目
绝缘电阻 试验前/MΩ
极化指数 1.52 1.68 1.57 1.52 1.45 1.51
 
表 5  直流泄漏兼耐压测试 测试状态 逐相测试,非测试相短路接地
定子绕组
相位序号 A'X' AX B'Y' BY C'Z' CZ 总表 mA 1.9 2.0 1.8 1.7 1.7 1.6
0.5U:9kV
分表μA 5.0 5.0 4.0 4.0 4.0 3.0 总表 mA 3.7 3.8 3.6 3.5 3.6 3.5
1.0U:18kV
分表μA 10 10 10 9 10 8 总表 mA 5.8 5.9 5.7 5.5 5.6 5.5
1.5U:27kV
分表μA 17 17 15 13 14 13 总表 mA 7.7 7.8 7.4 7.3 7.3 7.2
试验项目
直流泄漏 兼耐压
2.0U:36kV
分表μA 20 21 20 19 19 18
 
数据且平衡,直流耐压均通过。由此,可以基本判 断定子绕组定子的整体主绝缘没有问题,是 A 相两 支路之间绝缘存在问题。但究竟是外部其他因素影 响还是支路之间内部主体绝缘的影响,还需进行彻 底的检查分析。 确定方案之后,决定先从发电机定冷水回路进 行检查,此前定冷水回路都是正向通水、冲洗,现 在改为反向冲洗,经过反冲洗数小时冲洗循环之后, 再次进行一系列试验—绝缘电阻测试,见表 6。 结果显示,在正冲洗状态时,A 相两支路绝缘 电阻均不正常,在反冲洗状态时,试验合格。由此, 完全可以判断A 相绝缘不正常的问题是由于定冷水 水回路的影响,水回路内有杂质或异物存在,对滤 网进行检查,发现比较干净,无明显异常,正常的
正冲洗、反冲洗无法冲出。 根据发电机定子线圈内部水内冷结构分析,有 时由于安装或检修马虎,在定子线棒鼻部汇水盒内 遗留杂物,或者由于凝结水质不良或结构工艺上的 其他缺陷,使个别线棒空心导线流量降低甚至堵 塞,会造成鼻部接头或槽内股间绝缘局部或大面积 过热,鼻部严重过热,导线失去整体性,股线振动、 裂纹、断股,内层主绝缘磨损,绝缘受潮,电阻   降低,最终至绝缘击穿。这个问题会引起很严重的 后果。必须要解决,彻底消除故障。在处理前,为 了将完全确定发电机主绝缘及支路之间正常与否, 将定冷水放净,吹干进行检查、试验。试验情况见 表 7。 在吹干的情况下,三相试验数据均合格、耐压
技术与应用

表 6  不同冲洗情况下的绝缘测试 测试状态 AX 不接地 A'X'不接地 逐相测试,非测试相短路接地
试验日期 定子绕组
相位序号 A'X' AX B'Y' BY C'Z' CZ R15S 99 81 980 1000 1200 950 R60S 100 90 1310 1390 1350 1300 R600S 110 100 1900 2000 2000 2100 吸收比 1.01 1.11 1.34 1.39 1.32 1.37
6.8 (正冲洗)
绝缘电阻 试验前/MΩ
极化指数 1.10 1.11 1.45 1.44 1.48 1.62 R15S 930 950 980 1000 1200 950 R60S 1340 1300 1310 1390 1350 1300 R600S 1900 2000 1900 2000 2000 2100 吸收比 1.44 1.37 1.34 1.39 1.32 1.37
6.9 (反冲洗)
绝缘电阻 试验前/MΩ
极化指数 1.42 1.54 1.45 1.44 1.48 1.62 R15S 99 100 980 1000 1200 950 R60S 100 110 1310 1390 1350 1300 R600S 110 120 1900 2000 2000 2100 吸收比 1.03 1.10 1.34 1.39 1.32 1.37
6.10 (正冲洗)
绝缘电阻 试验前/MΩ
极化指数 1.10 1.09 1.45 1.44 1.48 1.62
 
表 7  吹干时直流泄漏兼耐压测试 测试状态 逐相测试,非测试相短路接地
定子绕组
相位序号 A'X' AX B'Y' BY C'Z' CZ R15S 4000 4000 2000 2000 2500 2500 R60S 8000 8000 5000 5000 5100 5600 R600S 12000 12000 8000 8000 8500 8500 吸收比 2.00 2.00 2.50 2.50 2.04 2.80
绝缘电阻 试验前/MΩ
极化指数 1.50 1.50 1.60 1.60 1.67 1.52 0.5U:9kV μA 2 2 5 5 7 5 1.0U:18kV μA 7 8 15 16 18 20 1.5U:27kV μA 18 16 32 35 38 40
试验项目
直流泄漏 兼耐压
2.0U:36kV μA 36 35 50 55 51 52
 
情况完全正常,至此可以完全确认发电机主绝缘及 支路内部绝缘完好无问题。此次 A 相支路绝缘异常 的原因完全是由于定冷水回路引起,在其内部有杂 质或异物,或者水回路内表面吸附杂质,用普通措 施无法消除。 3  故障的排除和解决
为了解决这个问题,检修人员又进行了数次常 规的正、反冲洗,效果不明显,试验情况依旧如此,
联系厂家,希望厂家给以解决,但厂家建议全部更 换水回路管,此方案解决费用较多,耗时也较长, 条件都不允许。面对如此“顽疾”,检修人员集思广 益、探索新路,重新制定方案,决定采用热态蒸汽 清洗,利用热蒸汽化解汇水管内杂质,并反复持续 用热水冲洗。经过 48h 的连续清洗,再次进行试验。 数据见表 8。 试验得出,在正、反冲洗状态下,该发电机试 验数据完全合格,由此,A 相支路绝缘不合格问题
技术与应用

表 8  通水时直流泄漏兼耐压测试 试验状态:修后 定冷水导电率:1.1μS/cm 汇水管对地:30k? 汇水管对绕组:3.4M? 测试状态 逐相测试,非测试相短路接地 定子绕组 相位序号 A'X' AX B'Y' BY C'Z' CZ R15S 446 467 540 567 577 560 R60S 561 584 708 737 750 738 R600S 980 1000 1170 1200 1250 1220 吸收比 1.26 1.25 1.31 1.30 1.30 1.32 绝缘电阻 试验前/MΩ 极化指数 1.75 1.71 1.65 1.63 1.67 1.65 总表/mA 1.7 1.9 1.8 1.6 1.9 1.8 0.5U:9kV 分表/μA 9 8 7 7 8 8 总表/mA 3.5 3.9 3.6 3.6 3.8 3.7 1.0U:18kV 分表/μA 16 15 12 10 12 12 总表/mA 5.5 6.2 5.6 5.6 5.7 5.6 1.5U:27kV 分表/μA 21 20 16 15 16 16 总表/mA 8.1 8.1 7.5 7.5 7.5 7.6
试验项目
直流泄漏 兼耐压
2.0U:36kV
分表/μA 32 30 21 20 21 21
 
在一个月后彻底解决,三相 6 支路试验绝缘值、泄 漏值基本平衡。 4  结论
虽然在此次检修前,该发电机运行情况良好, 温度等参数均正常,但如果该汇水管回路问题存在, 并随之发展,杂质积累程度就会越来越重,将会给 发电机今后运行存在极大隐患甚至严重事故。本次 试验中发现了发电机不同以往的问题,最终我们对 该疑难问题进行彻底解决,确保了发电机今后的安 全运行,也确保了电网的安全。
参考文献
[1] 李建明, 朱康. 高压电气设备试验方法[M]. 北京: 中国电力出版社, 2001.  [2] 单文培. 电气设备试验及故障处理实例[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2012.  [3] 中华人民共和国工业部. DL/T 596—1996. 电力设备 预防性试验规程[S].  [4] 东北电力集团公司. 电力工程师手册(电气卷)[M]. 
北京: 中国电力出版社, 2002. [5] 李德存, 马捍超, 刘磊, 等. 1100MW 水内冷汽轮发 电机定子绕组耐压试验分析[J]. 电气技术, 2014, 12(4): 66-68, 72.  [6] 陈飞文, 兀鹏越, 陈佳佳, 等. 发电机外部“定子接 地”故障分析及处理[J]. 电气技术, 2013, 12(11): 58-61.  [7] 国建鸿, 顾国彪, 傅德平, 等. 330MW蒸发冷却汽轮 发电机冷却技术的特点及性能[J]. 电工技术学报, 2013, 7(3): 134-139.  [8] 顾国彪, 阮琳, 刘斐辉, 等. 蒸发冷却技术的发展, 应用和展望[J]. 电工技术学报, 2015, 12(11): 1-6.  [9] 陈天翔, 王寅仲. 电气试验[M]. 北京: 中国电力出 版社, 2005.  [10] 陈化钢. 电气设备预防性试验方法及诊断技术[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 2001.              收稿日期:2018-03-21 作者简介 徐庆欣(1977-),男,安徽铜陵人,大学本科,高级工程师,主要 从事高电压检修、试验技术管理工作。
 

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