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国产核级百万千瓦发电机交流耐压试验研究

作者: 发布时间:2020-01-21 09:31:27 阅读: 48 次

摘要:发电机交流耐压试验是鉴定发电机绝缘强度的最严格、最有效和最直接的试验方法。本文通过对首台国产核级百万千瓦大型水内冷发电机交流耐压试验,就出现的问题进行了分析;介绍了此类型发电机交流耐压试验异常的处理方法;对交流耐压试验相关注意事项进行了探讨。

关键词:核级发电机;交流耐压;异常

       高压电气设备绝缘试验,是安装阶段交接试验的重要内容。近年来,由于绝缘缺陷导致发电机故障的事件常有发生,对发电机进行预防性试验十分必要。交流耐压试验作为电气交接试验最后一项工序,可验证发电机主绝缘状况。另外,直流耐压试验与交流耐压试验互为补充,可更完整地检测发电机绝缘缺陷。

1   岭澳二期发电机简介

岭澳二期发电机是采用ALSTOM设计、东方电机制造生产的TA1100-78型百万千瓦级大型发电机,它是ALSTOM公司在已批量制造的P`4/N4系列发电机基础上,通过改进设计而成的大型四极半转速同步发电机,分三段式结构,汇水管死接地,焊接在两端端罩上;端罩与定子中段分开运输,现场焊接;绝缘引水管安装和绝缘处理在现场进行;定子出线与出线套管采用上下半过渡引线形式,现场钎焊连接。冷却方式是典型的水--氢冷却方式。

为验证该发电机主绝缘状况,确保发电机安全投运,需对该发电机进行交流耐压试验。同时,为有效检验该发电机端部缺陷和间隙性缺陷,应对该发电机进行直流耐压及泄漏电流试验。

2   岭澳二期3号发电机交流耐压试验准备

2.1 试验条件及状态

1、试验前直流耐压及泄漏电流试验合格

经过一系列反复抽真空、吹扫处理及对套管等部位进行清洁后,试验单位进行了发电机直流耐压及泄露电流试验(次试验时,各相泄漏电流差别较大,可能存在出线套管脏污或引出线和焊接处绝缘受潮等缺陷[2] 或定子水路积水,后进行了针对性处理),主要数据见表12

 


温湿度

U-V+W+EMΩ)

V-U+W+EMΩ)

W-U+V+EMΩ)






%

15S

60S

15S

60S

15S

60S

耐压前

29.6

50

512

1470

523

1570

543

1610

耐压后

28.6

55

439

1090

436

1050

452

1060

1  绝缘数据三

1.png


2  泄漏电流数据五

可见,泄露电流一致性较好,泄漏电流较小,试验结果合格。

2、绝缘电阻及试验电压

     由于该发电机汇流管死接地,定子绕组主绝缘的绝缘电阻值无法直接测量,所谓绝缘电阻,主要是绝缘引水管中的冷却水的水阻(降低电导率可得到更高的绝缘电阻测试值),因此测量绝缘电阻对于判定是否可以进行交流耐压的意义并不大。另外,根据试验单位以往的经验,由于兆欧表容量的关系,无法加到2500V电压,且根据厂家相关程序文件,通水状态下进行交流耐压,耐压前后的绝缘电阻测量可以省略(Therefore the insulation resistance measurement before and after the voltage test are omitted)。

综合分析,处理方式如下:

现场测量1分钟每相的绝缘电阻并进行记录,但不作为判定可否进行下一步交流耐压的依据。

3、试验前发电机达到的状态

对定子绕组冷却水的要求:

1)水流量达到运行工况,≥170t/h

2PH值应满足正常运行要求;

3)电导率<0.5μS/cm

4)水温比环境温度略高(5℃以内),以防止结露;

5)铁芯和转子线圈充CO2冷却,压力≥2bar

设备接地要求:

1)非被试相应短路接地;

2)测温元件短接后一点接地;

3CT二次侧短路接地;

4)转子大轴及绕组应可靠接地;

5)压电式测振传感器和气隙探测线圈应可靠接地;

6)发电机出线对侧三相封闭母线须端接接地。

关于发电机电容量:发电机定子绕组每相对地电容理论值为0.397μF3号发电机出厂耐压试验是,49kV AC下的电容电流为5.1A,实际计算电容约为0.34μF;试验单位据此选择合适的电抗器以进行补偿。

2.2  交流耐压试验验收标准

试验结果对照GB 50150-2006《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》[1]DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》[3]及厂家相关技术规范及要求进行评定。具体标准如下:

1)对于定子绕组绝缘电阻及吸收比测量试验,要求三相绝缘电阻偏差不超过最小值的100%,吸收比不小于1.3

2)试验电压为39.2kV ((2*Un+1000*80%),电压维持1分钟,期间无发现跳闸、放电等异常情况,则试验通过。

3试验过程及数据分析

3.1试验过程

定子绕组绝缘电阻测量试验步骤:

1)使用水内冷绝缘摇表施加直流电压(2500V),测出15秒、1分钟的绝缘电阻值,并计算其吸收比,必要时可以进行极化指数的测量及计算;

2)对发电机定子绕组的某相进行试验时,其它两相应短路接地;

3)在交流耐压试验前后各进行一次绝缘电阻测量试验。

定子绕组交流耐压试验步骤:

1)对发电机定子绕组的某相进行试验时,其它两相应短路接地;

2)完成试验接线并检查无误后,使用交流耐压试验装置先升压至较低的试验电压(23kV),调节电抗器L,使试验回路达到并联谐振状态,后降压至零;

3)将试验电压从零升到试验电压39200V,整个升压过程缓慢平稳进行,并时刻观察有无异常情况的发生,当电压升至试验电压后,保持1分钟,无任何异常情况下降压,完成该相试验,并记录相关电流值;

4)其他两相试验按照上述步骤依次完成。

3.2试验数据及分析

3.2.1次耐压前定子绕组的绝缘电阻,吸收比测量(试验电压:DC2500V

3 定子绕组绝缘电阻

相别

R15SMΩ)

R60SMΩ)

吸收比

A-B,C,E

2.62

2.62

1

B-A,C,E

2.62

2.62

1

C-A,B,E

2.62

2.62

1

:由于是在发电机通水的情况下测量绝缘电阻,因此吸收比均为1

3.2.2次定子绕组交流耐压试验(试验电压:39.2kV

4 定子交流耐压试验结果

相别

试验电压(kV

击穿电压(kV

加压时间(min

结论

C-A,B,E

39.2

31.6

0

未通过

A-B,C,E

39.2

36.5

0

未通过

B-A,C,E

39.2

/

/

/

在对3号发电机C相绕组进行交流耐压时,当电压升到31.6kV时,在励端底部,疑似封母出线箱位置传出清脆放电声响,立即断电检查,未发现异常,重新测量绝缘也无明显变化,怀疑接线松动或试验导线与地距离过近所致,重新检查接线确认无问题后再次升压,12kV时在同样位置又传出放电声响,断电检查封母出线箱、CT二次线接地、测振元件接地,均无异常,单独对试验设备空升至40kV也无异常。

随后,对A相进行交流耐压,在36.3kV时在同样的位置传出同样的放电声响,断电检查封母出线箱无异常,经仔细分析、排查,认为放电位置可能发生在发电机出线罩,打开后发现AC相中性点侧两个压电式测振元件引线被击穿,如图1所示。

 

1    压电式测振元件引线被击穿

4   原因分析及应对措施:

4.1原因分析:

3号发电机采用压电式测振元件,正常运行时引线屏蔽层接地(现场试验时也进行了接地),处于低电位中,而绝缘盒表面固有电位较高,压电式测振元件引线屏蔽层与绝缘盒表面之间的电势差易引起放电。

4.2采取措施:

现场测振元件安装及引线布置均按厂家要求及在厂家指导下进行,但由于设计上采用压电式测振元件,正常运行时引线屏蔽层接地(现场试验时也进行了接地),使其处于低电位中,而绝缘盒表面电位较高,引线本身绝缘很弱,两者电势差击穿测振元件引线绝缘导致放电。查明放电原因后,决定将原先的压电式测振元件更换成光纤式,并对受损的绝缘盒、绝缘螺杆进行处理后,再次进行三相交流耐压试验。

5   最终试验

第二次耐压前定子绕组的绝缘电阻,吸收比测量(试验电压:DC2500V):

 

相别

R15SMΩ)

R60SMΩ)

吸收比

A-B,C,E

2.8

2.8

1

B-A,C,E

2.7

2.7

1

C-A,B,E

2.7

2.7

1

5定子绕组绝缘电阻

注:由于是在发电机通水的情况下测量绝缘电阻,因此吸收比均为1

 

第二次定子绕组交流耐压试验(试验电压:39.2kV):

 

相别

试验电压(kV

电容电流(A

加压时间(min

结论

A-B,C,E

39.2

5.34

1

通过

B-A,C,E

39.2

5.34

1

通过

C-A,B,E

39.2

5.34

1

通过

6 定子交流耐压试验结果

耐压后定子绕组的绝缘电阻,吸收比测量(试验电压:DC2500V):

 

相别

R15SMΩ)

R60SMΩ)

吸收比

A-B,C,E

2.5

2.5

1

B-A,C,E

2.5

2.5

1

C-A,B,E

2.4

2.4

1

7定子绕组绝缘电阻

试验结论:

岭澳核电站3号发电机交接试验次交流耐压试验未通过,经处理后第二次交流耐压试验结果符合标准要求,试验通过。

6   结论及建议

1)大型电气设备试验前,应充分了解其内部设备、部件的绝缘结构,尤其对于内部设计和结构较为复杂的核级百万机组发电机,更应充分重视其设计特点和设计思路,有针对性的做好试验措施,确保设备安全和交接试验的顺利进行;

2)试验过程中若出现异常情况,应立即终止试验,并认真分析,查找原因,原因查明后方可进行下一步工作,尤其对于存在设备和人身安全风险的高电压交接试验,更应小心严谨,并保持质疑的态度;

3)发电机出线侧测振元件,不宜使用金属材料作为其导体,应由非金属导体材料构成更为合理,如光纤式测振元件,否则无法通过交流耐压交接试验。

 参考文献

 [1] GB 50150-2006. 电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S]. 北京:中国计划出版社,2006.

[2]  葛占雨. 大型水内冷发电机直流耐压试验和泄漏电流测试技术探讨[J]. 电力建设,2010 , 31(7):9497.

[3]  DL/T 596-1996. 电力设备预防性试验规程[S]. 北京:中国电力出版社,1996.