大型发电机定子线棒耐电压和击穿试验综述

魏威

【摘 要】绝缘是发电机的“心脏”，定子绝缘的可靠性关系到发电机能否安全运行，绝缘试验是高电压绝缘技术领域最重要的检测手段，目前为止国内外的各大公司和国际组织制定了多项考核绝缘质量的试验，其中定子线棒的工频耐电压试验和击穿试验是最重要绝缘质量诊断试验。工频耐电压试验用于检验绝缘的质量而工频击穿试验用来检验绝缘的设计裕度水平。本文介绍了试样处理、试验设备、试验过程等细则。

【关键词】定子线棒 工频耐电压试验 击穿试验

1概述

大型发电机定子线棒工频耐电压试验为单支定子线棒的主绝缘对地试验，用来检查定子线棒在制造、运输、储存及安装过程中主绝缘是否有缺陷、损伤或者受到其它物理、化学等环境因素作用而影响使用性能。另外，对于制造厂，可确保和监控定子线棒制造过程总工艺及质量的稳定性。

2 试验准备

将定子线棒放置在定子线棒架上，用洁净的棉纱将定子线棒表面擦拭干净。用专用金属小铜锤沿定子线棒绝缘表面均匀敲击，听其声音声音来判断绝缘的整体性；若有发空部位则用卷尺测量其尺寸，做好记录。

由定子线棒中点位置向两侧对称量取一定长度，总长度与槽部（定子铁心）尺寸相同。将定子线棒槽部包上厚度为0.0008～0.0015mm的铝箔，中部绑上多股裸铜线作为接地极，在铝箔上平绕或者1/3叠绕（勒紧）一层玻璃丝带，用记号笔在玻璃丝带上标注该线棒号。在线棒任一端的导体上绑上多股裸铜软线作为高压极。包扎时务必保证接地电极与定子线棒表面紧密接触良好，否则可能存在点接触，未接触区域的电位不为零。

3试验设备

试验设备为工频试验变压器，并需采用接触调压方式，与传统的移圈感应式调压方式相比，这种方式的输出电压稳定，波形畸变极小，对于提高试验精度、减小系统误差具有重要作用。根据试品的电容量选择合适的试验变压器装置。

kVA

其中PS为试验变压器容量，单位为kVA；U为外施试验电压，单位为kV；C为试品电容量，可由介质损耗因数试验测出，单位为pF；ω为外施电压的角频率，单位为rad/s。

4试验过程

在空气中使用正接线的方法机型工频耐电压试验，试验过程包括将1支处理好的定子线棒放置在试验平台上，定子线棒与平台之间垫上适量数目的瓷瓶；将地线、高压引线与定子线棒连接；检查所有接线无误后，试验人员撤离高压试验区，关闭操作间与高压试验区之间的隔离门，检查门连锁装置是否灵敏，高压试验警示灯是否显示，然后按照试验变压器操作规程升高电压，待升至规定电压后，进行耐压计时（通常为1min），直至耐压通过，试验结束，若试验过程中发生主绝缘击穿或者沿面爬电击穿，该试验视为结束，试验过程中若发生停电事故，应将控制台的电源总开关切断，待回复送电后，继续试验。

为节省时间、提高效率，许多时候需要将多个定子线棒摆放在一起进行工频耐电压试验。例如对2支定子线棒摆放在一起进行工频耐电压试验，在空气中采用正接线的方法进行测试，将定子线棒平行等距的放置在试验平台上，试验过程与单支定子线棒工频耐电压试验相同。

以2支定子线棒为例，根据2支水轮发电机定子线棒端部的表面电位分布趋势分析，在防电晕区域任意2点的电位都是不同的。从高低阻搭接处到高阻防电晕末端的范围内，电位的变化最为显著；外施电压越高，电位梯度的变化就越大，例如1.5倍额定电压下的变化量大于1.0倍额定电压下的变化量，以下就两种情况进行说明：

（1）高电阻搭接处位置相齐时，2支定子线棒的防晕结构相同，在耐电压试验过程中，2支定子线棒间最短距离的表面电位处处相等，定子线棒间的空气隙承受的电压为零，定子线棒间不会发生放电；

（2）高低阻搭接处位置不相齐时，2支定子线棒的防电晕结构相同，在耐电压试验过程中，2支定子线棒间最短距离的表面电位出现差值，随着外施电压的逐步升高，电位差将逐渐增大，进而导致2支定子线棒间发生放电，若对多支定子线棒同时进行耐电压试验，由于2支定子线棒间的放电导致电场分布发生变化，进而引起多支定子线棒端部发生闪络，从而导致试品严重损坏。

5 工频击穿试验

工频击穿试验为单支定子线棒主绝缘对地试验，主绝缘破坏时的电压即为击穿电压。工频击穿试验用来检查定子线棒主绝缘的耐电应力裕度系数，以及在制造过程中主绝缘是否有缺陷；根据击穿的位置确定制造模具是否有问题，从而为改进工艺提供参考。

工频击穿的主要试验方法可分为瞬时工频击穿和逐级工频击穿，根据技术合同及考核指标的需要进行选择，详细描述如表1所示。

表1 工频击穿试验方法

瞬时工频击穿 逐级工频击穿

室温，变压器油中，反接线法测试（定子线棒导体接地、测量极接高压），从0值起连续升压、直至击穿、升压速度1000V/s 室温，变压器油中，反接线测试（定子线棒导体接地、测量极接高压），从0值起升至起始电压值，保持60s；如果没有发生击穿，则升高5kV，再保持60s，以此类推，直至试品击穿

将定子线棒放置在线圈架上，用洁净的棉纱将表面擦拭干净。由线棒中点位置向两侧对称量取一定尺寸，总长度与槽部（定子铁心）尺寸相同。将线棒槽部包上厚度为0.0008～0.0015mm的铝箔，中部绑上多股裸铜软线作为高压极，在铝箔上平绕或叠绕一层玻璃丝带，用记号笔在玻璃丝带上标注该线棒号。在线圈任一端的导体上绑上多股裸铜软线作为接地极。

通常主绝缘击穿时的电压值远远高于其工频耐压值，对于玻璃丝带的包扎紧度没有工频耐压的要求高（在高场强下，空气隙放电使得线圈直线低阻的表面电位相同）。

工频击穿试驗在变压器油中进行，应根据线圈直线的长短绑上适当长度（以线圈全部没入变压器油中为准）的涤波绳2～3根。

真机定子线棒工频击穿试验在变压器油中采用反接法进行测试，试验过程如下：将1支处理好的定子线棒用木杠穿入涤波绳，并将其抬入变压器油槽中，铜导体接地、铝箔电极接高压；检查所有接线无误后，一人上大厅二楼走台处观察击穿过程及击穿部位，其他试验人员撤离高压试验区；关闭操作间与高压试验区之间的隔离门，检查门联锁装置是否灵敏，高压试验警示灯是否显示；按照试验变压器操作规程及委托说明，选择合适的工频击穿试验方法；试验过程中若发生停电事故，应将控制台的电源总开关切断，待恢复送电后，继续试验；试验中发生意外情况，应立即将控制台上的“紧急按钮”按下，以避免更大事故的发生；试验结束后，将油箱盖好，将所用工具及材料放回原处，清理作业现场。