超低频高压发生器在发电机耐压试验中的应用

超低频高压发生器在发电机耐压试验中的应用：

目前国内发电厂的发电机耐压试验主要采用传统的工频耐压试验装置，为了解决传统工频耐压试验装置体积巨大、笨重以及造价高等问题，引进了0.1Hz超低频耐压试验装置进行发电机耐压试验。本文在某发电厂机组大修中分别采用该试验装置与传统发电机耐压试验装置进行试验，并对试验结果的等效性进行分析，验证采用0.1Hz超低频耐压试验装置的优势和特点。

1 0.1Hz超低频耐压试验装置概况 

1.1 试验装置构成

0.1Hz超低频耐压试验装置主要由控制器和升压器构成，装置实物如图 1所示。装置采用了数字变频技术以及微机控制自动化技术。在整个升压、降压、测量和保护过程中，能够通过液晶屏幕清晰、直观地观测试验数据、输出波形，并可打印试验报告[1]。与传统工频耐压试验设备相比较，该装置具有体积小、质量小、现场运输和使用方便等优点。

1.2 试验装置特点 

1.2.1 质量小、体积小、运输及使用方便

采用传统的工频耐压技术进行发电机局部和槽部绝缘缺陷检测时，因体积、质量的原因，在试验设备运输过程中，至少需要1辆大型卡车和1辆吊车。相比之下，超低频耐压试验设备质量小（质量约为工频耐压试验设备的1/500）、体积小，节省了大量人力、物力，运输和使用十分方便。

1.2.2 降低发电机的绝缘破坏程度

在超低频耐压试验过程中，发电机局部产生的放电量很小，约为工频耐压试验时的1/3750，对发电机的绝缘破坏程度明显降低。如果发电机绝缘层薄弱，在进行工频耐压试验过程中，则有可能进一步遭到破坏，在一两年时间内zui终导致绝缘击穿，为发电机安全运行埋下隐患。而采用超低频耐压试验装置则可以更好地保护发电机的绝缘层，从而延长发电机的使用寿命，降低发电机的事故发生概率。

1.2.3 减少定子绕组端部防晕层损伤 

与传统工频耐压试验装置相比，0.1Hz超低频耐压试验装置在耐压试验过程中所产生的电容电流更小，在电晕层产生的电能也就越小，从而减少对定子绕组端部防晕层的损伤。

1.2.4 更有效地检测出端部绝缘缺陷

在施加相等电压的条件下，采用0.1Hz超低频耐压试验装置比传统工频耐压试验装置在发电机线棒上产生的压降更小，因此可扩大施压范围，更容易发现发电机绝缘缺陷。

2 等效电阻的选取

2.1 试验电压在绝缘介质上的分布

发电机定子绕组绝缘体的等值电路如图 2所示，图中左侧为绝缘体的等值电路，右侧为单元等值电路，在单元等值电路中的等效阻抗Z[2]为：

式中R1—夹层绝缘体的单元等效电阻，Ω；

C1—夹层绝缘体的单元等效电容，F；

f—试验电源频率，Hz。

从公式（2）可以看出，当频率一定时，阻抗的取值仅取决于电容。由公式（1）简化为公式（2）的过程中所产生的误差大小仅与2πfC1R1有关，2πfC1R1的取值越大，则误差越小。由此可见，采用0.1Hz超低频与50Hz工频对发电机绝缘进行耐压试验的结果相同（误差可以忽略不计）。

2.2 试验电压的选取 

0.1Hz超低频耐压试验与50Hz工频交流耐压试验具有等效性，其等效换算系数设为β。β由0.1Hz超低频耐压试验的zui大击穿电压U′max与50Hz工频交流耐压试验的zui大击穿电压Umax的比值确定。β的变化区间为1.15～1.2，根据《电力设备交接和预防性试验规程》[2]要求，在超低频耐压试验中β取值为1.2。

当采用0.1Hz超低频耐压装置进行绝缘试验时，发电机定子绕组试验电压计算公式[3]为：

式中K—工频电压倍数，通常取1.3～1.5；

Un—额定电压，kV。

例如，1台发电机出口电压为20kV，根据公式（3）计算出0.1Hz超低频耐压试验时，该发电机定子绕组试验电压峰值为50.9kV。

3 现场试验分析 

3.1 机组概况 

2013年12月，在某发电厂4号发电机大修中采用了0.1Hz超低频耐压试验方法替代工频耐压试验。该发电厂4号发电机生产厂家为北重汽轮电机有限责任公司，型号为T-255-460。

3.2 现场试验过程

3.2.1 试验接线

按照试验接线图连接试验接线，经检查无误后合电源开关，并打开试验控制器。

3.2.2 参数设置

设置试验控制器上的各项试验参数：输出频率为0.1Hz，试验时间为1min，试验电压为50.9kV，过流保护值0.1mA，过压保护值55.9kV。

3.2.3 自动升压

按下升压键后，仪器自动进入升压状态，在升压过程中将电压由0匀速升至50kV。

3.2.4 电压微调

试验电压升至50kV后，需通过电压微调按钮来调整电压，直至电压调整到50.9kV开始计时，计时1min后，降压并放电。

3.2.5 试验数据

根据标准[4]，在耐压试验前后，通过测量耐压过程中不同时刻的绝缘电阻及比值来判断发电机的绝缘是否存在缺陷。当绝缘有缺陷时，电流的吸收现象不明显，电流随时间延长缓慢下降，即吸收比变化不大。本试验在施加50.9kV测试电压的情况下，测量发电机在15s和60s的绝缘电阻并计算其吸收比，数据见表 2所示。从表 2数据可以看出，试验前、后绝缘电阻及吸收比变化不大，符合规程规定，说明试验过程中绝缘电阻没有发生闪络、绝缘击穿等现象，试验结果合格。

3.3 等效性验证

为了验证0.1Hz超低频耐压试验的等效性和准确性，采用工频耐压试验方法再次对该发电厂4号发电机进行耐压试验，采用GXZ-400成套谐振耐压试验装置，试验电压升至30kV，时间为1min。从表数据可以看出，耐压试验前、后发电机定子绕组绝缘电阻无明显变化，说明试验过程中绝缘电阻没有发生闪络、绝缘击穿等现象，试验结果合格。

3.4 结论 

采用0.1Hz超低频耐压试验装置和工频耐压试验装置分别对某发电厂4号发电机的定子绝缘进行测试。经验证，2种试验方法具有等效性，证明了0.1Hz超低频耐压试验方法在大型发电机耐压试验中的可行性[5]。

4 结语

通过在某发电厂4号发电机应用0.1Hz超低频耐压试验装置进行发电机耐压试验，能够有效检测出发电机定子绕组端部的绝缘缺陷。与传统的工频耐压试验相比较，2种试验方法具有等效性，且0.1Hz超低频耐压设备体积和质量小，今后可在电缆、大型高压旋转电机、电力电容器等各种交流耐压试验中推荐使用。