0.1 Hz超低頻高壓發(fā)生器在發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用
0 引言
目前國(guó)內(nèi)發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)主要采用傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗(yàn)裝置，為了解決傳統(tǒng)工頻耐壓試驗(yàn)裝置體積巨大、笨重以及造價(jià)高等問(wèn)題，引進(jìn)了0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)。本文在某發(fā)電廠機(jī)組大修中分別采用該試驗(yàn)裝置與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的等效性進(jìn)行分析，驗(yàn)證采用0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。
1 0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置概況
1.1 試驗(yàn)裝置構(gòu)成
0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置主要由控制器和升壓器構(gòu)成，裝置實(shí)物如圖 1所示。裝置采用了數(shù)字變頻技術(shù)以及微機(jī)控制自動(dòng)化技術(shù)。在整個(gè)升壓、降壓、測(cè)量和保護(hù)過(guò)程中，能夠通過(guò)液晶屏幕清晰、直觀地觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、輸出波形，并可打印試驗(yàn)報(bào)告[1]。與傳統(tǒng)工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備相比較，該裝置具有體積小、質(zhì)量小、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
1.2 試驗(yàn)裝置特點(diǎn)
1.2.1 質(zhì)量小、體積小、運(yùn)輸及使用方便
采用傳統(tǒng)的工頻耐壓技術(shù)進(jìn)行發(fā)電機(jī)局部和槽部絕緣缺陷檢測(cè)時(shí)，因體積、質(zhì)量的原因，在試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)輸過(guò)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(yàn)設(shè)備質(zhì)量?。ㄙ|(zhì)量約為工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備的1/500）、體積小，節(jié)省了大量人力、物力，運(yùn)輸和使用十分方便。
1.2.2 降低發(fā)電機(jī)的絕緣破壞程度
在超低頻耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)局部產(chǎn)生的放電量很小，約為工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)的1/3750，對(duì)發(fā)電機(jī)的絕緣破壞程度明顯降低。如果發(fā)電機(jī)絕緣層薄弱，在進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，則有可能進(jìn)一步遭到破壞，在一兩年時(shí)間內(nèi)最終導(dǎo)致絕緣擊穿，為發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行埋下隱患。而采用超低頻耐壓試驗(yàn)裝置則可以更好地保護(hù)發(fā)電機(jī)的絕緣層，從而延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的使用壽命，降低發(fā)電機(jī)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(yàn)裝置相比，0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置在耐壓試驗(yàn)過(guò)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(duì)定子繞組端部防暈層的損傷。
1.2.4 更有效地檢測(cè)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(yàn)裝置比傳統(tǒng)工頻耐壓試驗(yàn)裝置在發(fā)電機(jī)線棒上產(chǎn)生的壓降更小，因此可擴(kuò)大施壓范圍，更容易發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)絕緣缺陷。
2 等效電阻的選取
2.1 試驗(yàn)電壓在絕緣介質(zhì)上的分布
發(fā)電機(jī)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(yàn)電源頻率，Hz。
從公式（2）可以看出，當(dāng)頻率一定時(shí)，阻抗的取值僅取決于電容。由公式（1）簡(jiǎn)化為公式（2）的過(guò)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(jiàn)，采用0.1Hz超低頻與50Hz工頻對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的結(jié)果相同（誤差可以忽略不計(jì)）。
2.2 試驗(yàn)電壓的選取
0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)與50Hz工頻交流耐壓試驗(yàn)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(yàn)的最大擊穿電壓U′max與50Hz工頻交流耐壓試驗(yàn)的最大擊穿電壓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(yàn)規(guī)程》[2]要求，在超低頻耐壓試驗(yàn)中β取值為1.2。
當(dāng)采用0.1Hz超低頻耐壓裝置進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組試驗(yàn)電壓計(jì)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(tái)發(fā)電機(jī)出口電壓為20kV，根據(jù)公式（3）計(jì)算出0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，該發(fā)電機(jī)定子繞組試驗(yàn)電壓峰值為50.9kV。
3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析
3.1 機(jī)組概況
2013年12月，在某發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)大修中采用了0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)方法替代工頻耐壓試驗(yàn)。該發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家為北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司，型號(hào)為T-255-460。
3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程
3.2.1 試驗(yàn)接線
按照試驗(yàn)接線圖連接試驗(yàn)接線，經(jīng)檢查無(wú)誤后合電源開(kāi)關(guān)，并打開(kāi)試驗(yàn)控制器。
3.2.2 參數(shù)設(shè)置
設(shè)置試驗(yàn)控制器上的各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)：輸出頻率為0.1Hz，試驗(yàn)時(shí)間為1min，試驗(yàn)電壓為50.9kV，過(guò)流保護(hù)值0.1mA，過(guò)壓保護(hù)值55.9kV。
3.2.3 自動(dòng)升壓
按下升壓鍵后，儀器自動(dòng)進(jìn)入升壓狀態(tài)，在升壓過(guò)程中將電壓由0勻速升至50kV。
3.2.4 電壓微調(diào)
試驗(yàn)電壓升至50kV后，需通過(guò)電壓微調(diào)按鈕來(lái)調(diào)整電壓，直至電壓調(diào)整到50.9kV開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)1min后，降壓并放電。
3.2.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[4]，在耐壓試驗(yàn)前后，通過(guò)測(cè)量耐壓過(guò)程中不同時(shí)刻的絕緣電阻及比值來(lái)判斷發(fā)電機(jī)的絕緣是否存在缺陷。當(dāng)絕緣有缺陷時(shí)，電流的吸收現(xiàn)象不明顯，電流隨時(shí)間延長(zhǎng)緩慢下降，即吸收比變化不大。本試驗(yàn)在施加50.9kV測(cè)試電壓的情況下，測(cè)量發(fā)電機(jī)在15s和60s的絕緣電阻并計(jì)算其吸收比，數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2所示。從表 2數(shù)據(jù)可以看出，試驗(yàn)前、后絕緣電阻及吸收比變化不大，符合規(guī)程規(guī)定，說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程中絕緣電阻沒(méi)有發(fā)生閃絡(luò)、絕緣擊穿等現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果合格。
3.3 等效性驗(yàn)證
為了驗(yàn)證0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)的等效性和準(zhǔn)確性，采用工頻耐壓試驗(yàn)方法再次對(duì)該發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，采用GXZ-400成套諧振耐壓試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)電壓升至30kV，時(shí)間為1min。從表數(shù)據(jù)可以看出，耐壓試驗(yàn)前、后發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻無(wú)明顯變化，說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程中絕緣電阻沒(méi)有發(fā)生閃絡(luò)、絕緣擊穿等現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果合格。
3.4 結(jié)論
采用0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置和工頻耐壓試驗(yàn)裝置分別對(duì)某發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)的定子絕緣進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)驗(yàn)證，2種試驗(yàn)方法具有等效性，證明了0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)方法在大型發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)中的可行性[5]。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)在某發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)應(yīng)用0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)，能夠有效檢測(cè)出發(fā)電機(jī)定子繞組端部的絕緣缺陷。與傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗(yàn)相比較，2種試驗(yàn)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(jī)、電力電容器等各種交流耐壓試驗(yàn)中推薦使用。
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目前國(guó)內(nèi)發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)主要采用傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗(yàn)裝置，為了解決傳統(tǒng)工頻耐壓試驗(yàn)裝置體積巨大、笨重以及造價(jià)高等問(wèn)題，引進(jìn)了0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)。本文在某發(fā)電廠機(jī)組大修中分別采用該試驗(yàn)裝置與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的等效性進(jìn)行分析，驗(yàn)證采用0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。
1 0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置概況
1.1 試驗(yàn)裝置構(gòu)成
0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置主要由控制器和升壓器構(gòu)成，裝置實(shí)物如圖 1所示。裝置采用了數(shù)字變頻技術(shù)以及微機(jī)控制自動(dòng)化技術(shù)。在整個(gè)升壓、降壓、測(cè)量和保護(hù)過(guò)程中，能夠通過(guò)液晶屏幕清晰、直觀地觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、輸出波形，并可打印試驗(yàn)報(bào)告[1]。與傳統(tǒng)工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備相比較，該裝置具有體積小、質(zhì)量小、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
1.2 試驗(yàn)裝置特點(diǎn)
1.2.1 質(zhì)量小、體積小、運(yùn)輸及使用方便
采用傳統(tǒng)的工頻耐壓技術(shù)進(jìn)行發(fā)電機(jī)局部和槽部絕緣缺陷檢測(cè)時(shí)，因體積、質(zhì)量的原因，在試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)輸過(guò)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(yàn)設(shè)備質(zhì)量?。ㄙ|(zhì)量約為工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備的1/500）、體積小，節(jié)省了大量人力、物力，運(yùn)輸和使用十分方便。
1.2.2 降低發(fā)電機(jī)的絕緣破壞程度
在超低頻耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)局部產(chǎn)生的放電量很小，約為工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)的1/3750，對(duì)發(fā)電機(jī)的絕緣破壞程度明顯降低。如果發(fā)電機(jī)絕緣層薄弱，在進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，則有可能進(jìn)一步遭到破壞，在一兩年時(shí)間內(nèi)最終導(dǎo)致絕緣擊穿，為發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行埋下隱患。而采用超低頻耐壓試驗(yàn)裝置則可以更好地保護(hù)發(fā)電機(jī)的絕緣層，從而延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的使用壽命，降低發(fā)電機(jī)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(yàn)裝置相比，0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置在耐壓試驗(yàn)過(guò)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(duì)定子繞組端部防暈層的損傷。
1.2.4 更有效地檢測(cè)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(yàn)裝置比傳統(tǒng)工頻耐壓試驗(yàn)裝置在發(fā)電機(jī)線棒上產(chǎn)生的壓降更小，因此可擴(kuò)大施壓范圍，更容易發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)絕緣缺陷。
2 等效電阻的選取
2.1 試驗(yàn)電壓在絕緣介質(zhì)上的分布
發(fā)電機(jī)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(yàn)電源頻率，Hz。
從公式（2）可以看出，當(dāng)頻率一定時(shí)，阻抗的取值僅取決于電容。由公式（1）簡(jiǎn)化為公式（2）的過(guò)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(jiàn)，采用0.1Hz超低頻與50Hz工頻對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的結(jié)果相同（誤差可以忽略不計(jì)）。
2.2 試驗(yàn)電壓的選取
0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)與50Hz工頻交流耐壓試驗(yàn)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(yàn)的最大擊穿電壓U′max與50Hz工頻交流耐壓試驗(yàn)的最大擊穿電壓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(yàn)規(guī)程》[2]要求，在超低頻耐壓試驗(yàn)中β取值為1.2。
當(dāng)采用0.1Hz超低頻耐壓裝置進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組試驗(yàn)電壓計(jì)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(tái)發(fā)電機(jī)出口電壓為20kV，根據(jù)公式（3）計(jì)算出0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，該發(fā)電機(jī)定子繞組試驗(yàn)電壓峰值為50.9kV。
3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析
3.1 機(jī)組概況
2013年12月，在某發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)大修中采用了0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)方法替代工頻耐壓試驗(yàn)。該發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家為北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司，型號(hào)為T-255-460。
3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程
3.2.1 試驗(yàn)接線
按照試驗(yàn)接線圖連接試驗(yàn)接線，經(jīng)檢查無(wú)誤后合電源開(kāi)關(guān)，并打開(kāi)試驗(yàn)控制器。
3.2.2 參數(shù)設(shè)置
設(shè)置試驗(yàn)控制器上的各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)：輸出頻率為0.1Hz，試驗(yàn)時(shí)間為1min，試驗(yàn)電壓為50.9kV，過(guò)流保護(hù)值0.1mA，過(guò)壓保護(hù)值55.9kV。
3.2.3 自動(dòng)升壓
按下升壓鍵后，儀器自動(dòng)進(jìn)入升壓狀態(tài)，在升壓過(guò)程中將電壓由0勻速升至50kV。
3.2.4 電壓微調(diào)
試驗(yàn)電壓升至50kV后，需通過(guò)電壓微調(diào)按鈕來(lái)調(diào)整電壓，直至電壓調(diào)整到50.9kV開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)1min后，降壓并放電。
3.2.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[4]，在耐壓試驗(yàn)前后，通過(guò)測(cè)量耐壓過(guò)程中不同時(shí)刻的絕緣電阻及比值來(lái)判斷發(fā)電機(jī)的絕緣是否存在缺陷。當(dāng)絕緣有缺陷時(shí)，電流的吸收現(xiàn)象不明顯，電流隨時(shí)間延長(zhǎng)緩慢下降，即吸收比變化不大。本試驗(yàn)在施加50.9kV測(cè)試電壓的情況下，測(cè)量發(fā)電機(jī)在15s和60s的絕緣電阻并計(jì)算其吸收比，數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2所示。從表 2數(shù)據(jù)可以看出，試驗(yàn)前、后絕緣電阻及吸收比變化不大，符合規(guī)程規(guī)定，說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程中絕緣電阻沒(méi)有發(fā)生閃絡(luò)、絕緣擊穿等現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果合格。
3.3 等效性驗(yàn)證
為了驗(yàn)證0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)的等效性和準(zhǔn)確性，采用工頻耐壓試驗(yàn)方法再次對(duì)該發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，采用GXZ-400成套諧振耐壓試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)電壓升至30kV，時(shí)間為1min。從表數(shù)據(jù)可以看出，耐壓試驗(yàn)前、后發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻無(wú)明顯變化，說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程中絕緣電阻沒(méi)有發(fā)生閃絡(luò)、絕緣擊穿等現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果合格。
3.4 結(jié)論
采用0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置和工頻耐壓試驗(yàn)裝置分別對(duì)某發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)的定子絕緣進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)驗(yàn)證，2種試驗(yàn)方法具有等效性，證明了0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)方法在大型發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)中的可行性[5]。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)在某發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)應(yīng)用0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行發(fā)電機(jī)耐壓試驗(yàn)，能夠有效檢測(cè)出發(fā)電機(jī)定子繞組端部的絕緣缺陷。與傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗(yàn)相比較，2種試驗(yàn)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(jī)、電力電容器等各種交流耐壓試驗(yàn)中推薦使用。
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