关于大型水内冷发电机的绝缘测量问题分析

时间：2024-07-28

易浩波

(湖南省电力公司试验研究院，湖南长沙 410082)

0 引言

由于发电机定子线棒采用封闭式循环水进行冷却，所以对该类型发电机的绝缘检查必须采用专用的水内冷发电机绝缘表进行测量。我省内各火电厂普遍反映目前使用的水内冷摇表存在仪器性能不稳定、测量读数明显不合理甚至干脆不能测量的问题，以至于绝缘电阻测量成了现场的一个难点问题。

笔者通过发电机绝缘等值电路及绝缘测量原理阐述了水内冷绝缘表的工作原理并对各种测量问题进行解释，提供解决方案。同时针对该类型发电机的绝缘特性，提出对水内冷绝缘表校验方法的不足之处为今后的发电机绝缘测量具有一定指导性。

1 内冷水绝缘表的测量原理

图1是内冷水发电机定子绝缘等值电路图。测量发电机定子绝缘电阻即是测量加压相对地和其它两相(接地)的绝缘电阻值，即图中R1电阻值。

水内冷绝缘摇表的测量原理同直流泄漏试验方法相似，只是施加的电压不高，为2 500 V左右，同时利用电子方式测量绕组对地泄漏电流和汇水管处对地泄漏电流之差值，从而计算出该电压下的绕组绝缘值。图2是水内冷发电机高压直流泄漏试验通用接线方法，图中汇水管引出后接微安表可以测量消除水阻泄漏后的绕组对地泄漏电流。在汇水管上施加一直流电位可以补偿由于极化电势对测量造成的影响。

下图3中简要说明了水内冷绝缘表的测量接线及计算原理图，图3中的L，G，E端由仪器端子引出，分别连接于发电机被测绕组，汇水管引出线和机座。

如图3，发电机绕组绝缘通过电阻R1来反映，当发电机定子绕组中加入一电压时，R1中流过的电流为IR，R1=U/IR。其中，I1为泄漏电流，将汇水管接到测试仪的屏蔽端后，IR=I-I1，防止简单利用R=U/I而产生的误差，校正后R=UR/IR=U/(I-I1)。

图3 水内冷绝缘表测量原理图

2 内冷水绝缘表的校验

一般的绝缘表校验只是检验L、E端接入不同标准电阻下的测量误差。但是水内冷绝缘表仪器本身必须提供被测量对象的最低水阻大小，即图3中的R2和R3允许最低值，如果被测量发电机水阻不高即内冷水导电率较高的话，会造成水阻值较低，使得绝缘表的输出功率受到限制，从而无法准确地测量发电机定子绝缘电阻值，即R1的真值。这跟我们在现场测量水内冷发电机绝缘电阻遇到情况是一样的:现场由于水阻低的原因，除了绝缘表的输出电压受到限制外，其测量精度将无法满足要求。以某电厂上海电机厂生产的600 MW水内冷发电机为例;直流耐压前用某型号水内冷发电机专用绝缘表分别测量三相定子绕组对地绝缘值为280 MΩ左右，虽然可以满足加压要求，但是当实际直流泄漏试验时加压到10 kV的时候，微安表显示的泄漏电流仅为17 μA，计算得到绝缘值有588 MΩ左右与测量值相差非常大，有经验的高压试验人员就会怀疑绝缘表的测量精度达不到要求。

根据以上介绍，内冷水绝缘表的校验不能跟普通绝缘表一样，只校验L跟E之间的测量结果。而是要根据不同的R2、R3参考值下测量结果进行比较。

根据图3水内冷绝缘表测量原理图，我们在试验室内采用大容量陶瓷电阻模拟电阻R2(1 000 W 100 kΩ)和R3(100 W 50 kΩ)，发电机线棒绝缘电阻R1用ZX119-8型兆欧表检定装置来完成水内冷绝缘表的校验，并得到如表1所示的结果。

表1中的数据可以看出:当汇水管对绕组电阻越大时，输出高压越接近试验电压，即R2越低，仪器受到高压发生装置容量限制其高压输出越低;当测量大于1 000 MΩ绝缘电阻时，仪器测量值误差很大，是小电流情况下测量精度不够造成的。同时当我们不接入R1和R2时即R2与R3为∞时，得到的测量值与被测绝缘电阻值最接近，也就是我们用常用方法得到的绝缘表校验结果(如下表中的下划线一行数据所示)。

表1 绝缘表校验结果

3 极化电势的影响

一般的水内冷发电机其汇水管引出端子对机座总是有300～400 mV极化电势，现场直流耐压试验时总是用干电池来作为外接的直流电源以消除极化电势的影响(如图2所示)。加压前调整干电池串联电阻器以使得此时的微安表指针到零位置，这样能够通过施加电压与微安表所指示泄漏电流估算出定子绕组的绝缘值。

如果加压前不对极化电势进行补偿，这样使得发电机本身泄漏电流与极化电势产生电流叠加后流过微安表数值比较大，这样计算出的定子绕组绝缘电阻值比实际值会相差很大。目前新型的内冷水绝缘表具有自动消除极化电势的功能，使用的原理同上述一致;但是如果仪器的自动补偿回路无法完全补偿极化电势的影响的话，这样通过仪器计算出来的发电机定子绝缘值必将大大低于实际发电机的绝缘电阻值。因此，当发电机的极化电势比较高时，可以考虑用手动方式补偿极化电势方法测量发电机绝缘，或者是用图2所示直流泄漏方法通过调整补偿极化电势后对定子绕组施加5 kV电压并读取微安表数值来计算发电机的绝缘电阻。