超低頻高壓發生器在發電機耐壓試驗中的應用說明
目前國內發電廠的發電機耐壓試驗主要采用傳統的工頻耐壓試驗裝置，為了解決傳統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電機耐壓試驗。本文在某發電廠機組大修中分別采用該試驗裝置與傳統發電機耐壓試驗裝置進行試驗，并對試驗結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 試驗裝置構成
0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置主要由控制器和升壓器構成，裝置實物如圖 1所示。裝置采用了數字變頻技術以及微機控制自動化技術。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、直觀地觀測試驗數據、輸出波形，并可打印試驗報告[1]。與傳統工頻耐壓試驗設備相比較，該裝置具有體積小、質量小、現場運輸和使用方便等優點。
1.2 試驗裝置特點
1.2.1 質量小、體積小、運輸及使用方便
采用傳統的工頻耐壓技術進行發電機局部和槽部絕緣缺陷檢測時，因體積、質量的原因，在試驗設備運輸過程中，至少需要1輛大型卡車和1輛吊車。相比之下，超低頻耐壓試驗設備質量小（質量約為工頻耐壓試驗設備的1/500）、體積小，節省了大量人力、物力，運輸和使用十分方便。
1.2.2 降低發電機的絕緣破壞程度
在超低頻耐壓試驗過程中，發電機局部產生的放電量很小，約為工頻耐壓試驗時的1/3750，對發電機的絕緣破壞程度明顯降低。如果發電機絕緣層薄弱，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zui終導致絕緣擊穿，為發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電機的絕緣層，從而延長發電機的使用壽命，降低發電機的事故發生概率。
1.2.3 減少定子繞組端部防暈層損傷
與傳統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生的電容電流更小，在電暈層產生的電能也就越小，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工頻耐壓試驗裝置在發電機線棒上產生的壓降更小，因此可擴大施壓范圍，更容易發現發電機絕緣缺陷。
2 等效電阻的選取
2.1 試驗電壓在絕緣介質上的分布
發電機定子繞組絕緣體的等值電路如圖 2所示，圖中左側為絕緣體的等值電路，右側為單元等值電路，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；
f—試驗電源頻率，Hz。
從公式（2）可以看出，當頻率一定時，阻抗的取值僅取決于電容。由公式（1）簡化為公式（2）的過程中所產生的誤差大小僅與2πfC1R1有關，2πfC1R1的取值越大，則誤差越小。由此可見，采用0.1Hz超低頻與50Hz工頻對發電機絕緣進行耐壓試驗的結果相同（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，其等效換算系數設為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的變化區間為1.15～1.2，根據《電力設備交接和預防性試驗規程》[2]要求，在超低頻耐壓試驗中β取值為1.2。
當采用0.1Hz超低頻耐壓裝置進行絕緣試驗時，發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，通常取1.3～1.5；
Un—額定電壓，kV。
例如，1臺發電機出口電壓為20kV，根據公式（3）計算出0.1Hz超低頻耐壓試驗時，該發電機定子繞組試驗電壓峰值為50.9kV。
3 現場試驗分析
3.1 機組概況
2013年12月，在某發電廠4號發電機大修中采用了0.1Hz超低頻耐壓試驗方法替代工頻耐壓試驗。該發電廠4號發電機生產廠家為北重汽輪電機有限責任公司，型號為T-255-460。
3.2 現場試驗過程
3.2.1 試驗接線
按照試驗接線圖連接試驗接線，經檢查無誤后合電源開關，并打開試驗控制器。
3.2.2 參數設置
設置試驗控制器上的各項試驗參數：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，在升壓過程中將電壓由0勻速升至50kV。
3.2.4 電壓微調
試驗電壓升至50kV后，需通過電壓微調按鈕來調整電壓，直至電壓調整到50.9kV開始計時，計時1min后，降壓并放電。
3.2.5 試驗數據
根據標準[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電機的絕緣是否存在缺陷。當絕緣有缺陷時，電流的吸收現象不明顯，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，測量發電機在15s和60s的絕緣電阻并計算其吸收比，數據見表 2所示。從表 2數據可以看出，試驗前、后絕緣電阻及吸收比變化不大，符合規程規定，說明試驗過程中絕緣電阻沒有發生閃絡、絕緣擊穿等現象，試驗結果合格。
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確性，采用工頻耐壓試驗方法再次對該發電廠4號發電機進行耐壓試驗，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。從表數據可以看出，耐壓試驗前、后發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生閃絡、絕緣擊穿等現象，試驗結果合格。
3.4 結論
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電廠4號發電機的定子絕緣進行測試。經驗證，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電機耐壓試驗中的可行性[5]。
4 結語
通過在某發電廠4號發電機應用0.1Hz超低頻耐壓試驗裝置進行發電機耐壓試驗，能夠有效檢測出發電機定子繞組端部的絕緣缺陷。與傳統的工頻耐壓試驗相比較，2種試驗方法具有等效性，且0.1Hz超低頻耐壓設備體積和質量小，今后可在電纜、大型高壓旋轉電機、電力電容器等各種交流耐壓試驗中推薦使用。
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