发电机电气试验.ppt

,发电机电气试验,电气部：卢琳2011年6月6日,（一）集中性缺陷,指缺陷集中于绝缘的某个或几个部分。如局部受潮、局部机械损伤、绝缘内部气泡、瓷质裂纹等，它又分为贯穿性缺陷和非贯穿性缺陷，这类缺陷的发展速度较快，因而具有较大的危险性。,（二）分布性缺陷,指由于受潮、过热、动力负荷及长时间过电压的作用导致的电力设备整体绝缘性能下降，如绝缘整体受潮、充油设备的油变质等，它是一种普遍性的劣化，是缓慢演变而发展的。,（一）、预防性试验,为了发现运行中设备的隐患，预防发生事故或设备损坏，对设备进行的检查、试验或监测，也包括取油样或气样进行的试验。,（二）在线监测,在不影响设备运行的条件下，对设备状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行的。,（三）带电测量,对在运行电压下的设备，采用专用仪器，由人员参与进行的测量。,（四）吸收比K,在同一次试验中，1min时的绝缘电阻值与15s时的绝缘电阻值之比。用K表示,（五）、极化指数PI,在同一次试验中，10min时的绝缘电阻值与1min时的绝缘电阻值之比。用PI表示,（一）、定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数试验,1、测量目的测量发电机定子绕组绝缘电阻的目的，主要是判断绝缘状况，它能够发现绝缘严重受潮、脏污和贯穿性的绝缘缺陷。,2、测量吸收比的意义测量发电机定子绕组的吸收比，主要是判断绝缘的受潮程度。由于定子绕组的吸收现象显著，所以测量吸收比对发现绝缘受潮是较为灵敏的。,（一）、定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数试验,3、测量极化指数的意义发电机定子绕组的绝缘电阻受很多因素的影响，主要有测量电压、测量时间、温度。湿度、绝缘材料的质量、尺寸等。由于这些因素的影响，使绝缘电阻的测量数值较为分散。需采用吸收比来进行分析判断，由于发电机定子绕组电容及介质极化状况的差异，可能对试验值有影响。还要采用极化指数来分析判断定子绕组的绝缘性能，同时它不仅能准确有效地判断绝缘性能，而且在很大范围内，与定子绕组温度无关。,（一）、定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数试验,4、测量方法4.1、被试发电机必须和其他连接设备断开，试验时发电机本身不能带电，端口出线必须和外部连接母线以及其他连接设备断开，尽可能避免外部影响。4.2在正式测量前，一定要将定子绕组对地、相间预放电510min，否则测量的绝缘电阻值偏大，而吸收比又偏小；,（一）、定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数试验,4.3、测量时要正确选用兆欧表额定电压，根据发电机的额定电压等级选择，定子绕组额定电压为1000V以上时2500V兆欧表测量，其量程一般不低于10000M;对额定电压1000V以下的绕组，用1000V兆欧表。4.4、进行绝缘电阻测量时，每相绕组必须头尾短接，以免绕组匝间分布电容的影响，非被试绕组短接接地，用兆欧表依次测量每相对地及各相间的绝缘电阻和吸收比。,5、试验结果的分析和判断5.1、绝缘电阻温度换算：发电机定子绕组的绝缘电阻值与绕组的温度有很大关系，温度升高时绝缘电阻下降很快，一般温度每升高10，绝缘电阻值就下降一半。所以对每次测量的绝缘电阻值都应换算到同一温度才能进行比较。换算公式如下：,（一）、定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数试验,5.2、绝缘电阻值的判断绝缘电阻值由于受脏污、潮湿、温度和预放电时间等影响较大，使历次测量值分散较大，难以制定出标准，规程规定各单位根据多年积累的经验自行规定，若在相近试验条件(温度、湿度)下，绝缘电阻值降低到历年正常值的1/3以下时，应查明原因；各相或各分支绝缘电阻值的差值不应大于最小值的100%。,（一）、定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数试验,5.3、吸收比和极化指数的判断当发电机定子绕组绝缘受潮、脏污时，不仅绝缘电阻值下降，而且吸收特性衰减时间缩短，吸收比值K减小。由于吸收比对绝缘受潮反映灵敏，所以一般以它作为判断绝缘受潮的主要指标之一。但由于大型发电机电压高、容量大，一方面绝缘材料性能提高，另一方面绝缘结构复杂了，使吸收时间常数延长,（三）、绕组绝缘电阻、吸收比或(和)极化指数试验,（一）、定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数试验,使K值小于1.3，测量极化指数就能测到稳定值,比较客观地反映绝缘状况，所以规程推荐200MW以上发电机测量极化指数。极化指数在较大范围内与定子绕组温度无关，吸收比和定子绕组温度有关，仅在1030范围内影响较小，吸收比最好在1030范围内测量，而极化指数就没有此要求。,（一）、定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数试验,（一）、定子绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数试验,6、周期和标准,（二）定子绕组泄漏电流和直流耐压试验,1、有效性在发电机的预防性试验中要测量其定子绕组的泄漏电流并进行直流耐压试验。这是因为通过测量泄露电流能有效地检出发电机主绝缘受潮和局部缺陷，特别是能检出绕组端部的绝缘缺陷，对直流试验电压作用下的击穿部位进行检查，均可发现诸如裂纹、磁性异物钻孔、磨损、受潮等缺陷或制造工艺不良现象。,2、试验接线图,（二）定子绕组泄漏电流和直流耐压试验,（二）定子绕组泄漏电流和直流耐压试验,3、微安表接法,3.1、正接线：PA3微安表处于低电位，安全性高，准确度高。必须两极对地绝缘。3.2、反接线：PA1微安表处于高电位，切换、读数不方便，适用性高，有高压杂散电流的影响。3.3、侧接线：PA2微安表处于低电位，安全性高，适用性高，杂散电流影响最大。,（二）定子绕组泄漏电流和直流耐压试验,4、试验特点4.1、直流试验电压可以根据不同电压等级的电气设备随意调节。4.2、试验时，泄漏电流是用微安表测量的，一般以加压1分钟的微安表读数为准。泄漏电流试验中，还可以测量有关数据，绘制出泄漏电流与加压时间、泄漏电流与试验电压关系曲线，进行全面分析，因此用泄漏电流试验检测设备绝缘受潮、劣化或局部缺陷，其有效性、灵敏性和准确性，比测量绝缘电阻要高得多。,4.3、泄漏试验时，可根据所加的直流电压和微安表测得的泄漏电流值，计算求出兆欧值，与兆欧表测得的绝缘电阻值进行比较，有利于对设备的绝缘状况进行综合分析。,（二）定子绕组泄漏电流和直流耐压试验,（二）定子绕组泄漏电流和直流耐压试验,5、泄漏电流试验判断这个试验最后的判断标准是以直流耐压试验通过为准，但泄漏电流值能反映绝缘的一些缺陷。5.1、规程的要求在规定试验电压下，各相泄漏电流的差别不应大于最小值的100%；相间差值与历次试验结果比较，不应有显著的变化；泄漏电流不随时间的延长而增大。另外，泄漏电流随电,（二）定子绕组泄漏电流和直流耐压试验,压不成比例显著增长时，应注意分析；如果不符合上面两条要求之一者，应尽可能找出原因并消除，但并非不能运行。5.2、根据泄漏电流异常，判断故障部位。5.2.1、当电流随时间延长而增加，则说明绝缘有高阻性缺陷、绝缘分层、松弛或潮气侵入等。5.2.2、各相泄漏电流相差大，超过规程规定，可能是在远离铁芯的端部有缺陷或套管脏污。,（二）定子绕组泄漏电流和直流耐压试验,5.2.3、泄漏试验随电压不成比例上升则表明绝缘受潮或脏污所致。5.2.3、微安级电流表在试验过程中剧烈摆动，说明绝缘有断裂性缺陷，大部分在槽口处或套管有裂纹等缺陷。,5、周期和标准,（三）定子绕组交流耐压试验,1、有效性交流耐压试验是鉴定绝缘强度最有效的方法，特别是对考核主绝缘的局部缺陷，如绕组主绝缘受潮、开裂或者在运输过程中引起的绕组松动、引线距离不够以及绕组绝缘上附着污物等，具有决定性的作用。,2、试验接线图,（三）定子绕组交流耐压试验,（三）交流耐压试验,（三）定子绕组交流耐压试验,3、试验电压确定试验电压倍数的选择原则不能低于发电机绝缘可能遭受过电压的水平。3.1、发电机通常接为星形，绕组端口对地承受相电压，当网络有一相接地故障时，其它两相对地电压就升高至线电压UL，所以工频对地试验电压不能低于发电机工作线电压，否则就没有意义。,（三）定子绕组交流耐压试验,3.2、考虑操作过电压和大气过电压的作用。目前我国大气过电压的保护水平和运行经验，基本能防止它们对发电机的侵袭，同时制造厂在出厂试验时，也考虑可能遭受过电压幅值的耐压试验绝缘水平有相当余度，因此，预防性耐压试验主要从操作过电压考虑。操作过电压在大多数情况下，其幅值部超过3U，约等于1.7UL，实际上一般都不大于1.5UL。另外考虑我国电机绝缘水平，我国预试规程中规定为1.5UL，它对发电机可靠运行防止绝缘击穿起了重要作用，取1.5Ve，在30年服务期限内不,应该因交流耐压试验的积累效应而引起发电机绝缘击穿。4、交流耐压试验中耐压时间规定根据国家标准规定，绝缘结构如果主要是由瓷质和液体材料组成则只需进1min耐压试验，如果主要由有机固体材料组成则只需进行5min耐压试验，对于电机，规定都是1min的耐压时间。耐压时间规定为1分钟，一是使试品可能存在的绝缘弱点暴露出来；二是不致因时间过长而引起不应有的绝缘损伤或击穿,（三）定子绕组交流耐压试验,（三）定子绕组交流耐压试验,5、绝缘击穿的判断过流保护动作跳闸，并听到发电机内部有放电声响，闻到烧焦气味，或分析冒烟等；电压表剧烈摆动或电压值下降，电流表剧烈增加等。上述表现，可能绝缘已击穿。断开试验电源后，测量绝缘值，其值很小或为零，就进一步证明绝缘已击穿。,6、周期和标准,（三）定子绕组交流耐压试验,2）大修前或局部更换定子绕组并修好后试验电压为：,（四）定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量,1、目的为检查定子绕组端部手包绝缘盒的质量，进行定子绕组端部手包绝缘实践直流电压测量。2、测量原理目前广泛采用的方法有两种，一种是端部绝缘表面电位测量法；另一种是端部绝缘泄漏电流测量法。,（四）定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量,3、测量方法3.1、测试应在定子绕组绝缘处理完工、烘焙以后，在定子绕组做耐压试验前进行。3.2、两侧端部接头编号3.3、在水接头处手包绝缘部分全部包上铝箔，在线圈根部塞上铝箔，塞不到的部位，测试时尽量用测量头靠近，励端上下层引线手包绝缘部分包上铝箔。,3.4、在手包绝缘一侧施加与额定电压相同的直流电压，测量另一侧的泄漏电流值及电压值（表面电位）。3.5需处理部位的确定测试：对水接头部位泄漏电流超出标准的需要进行不合格部位的进一步确定测试，即将盒口端和水管端分别包上铝箔(其间距大于30mm)再进行加压测试确定不合格部位，以便进行绝缘处理。4、加压方式按照加压方式的不同，又可分为正加压和反加压两种。,（四）定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量,5、周期和标准,（四）定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量,1、目的通过该测量，可以发现定子槽楔松动，防晕层损坏和运行中检温元件电位升高等缺陷。2、测量方法对定子绕组施加额定相电压值，用高内阻电压表测量绕组表面电位值。另外，也可以在定子绕组施加额定相电压值在抽出转子的情况下，用超声波接受仪在定子膛内沿各槽移动探测，记录放电部位。,（五）测量定子端部线圈防晕层对地电位,（五）测量定子端部线圈防晕层对地电位,3、判断3.1、用电压表测量电位时，标准是不大于10V。3.2、用超声波测量时，根据放电点分布状况可确定整槽的电腐蚀情况，具体为：3.2.1、没有槽放电，放电点无规律性，一般为绝缘内部放电。3.2.2、放电点沿整槽分布，则为槽放电。3.2.3、槽口放电时，可能是防晕层断裂，槽口绝缘损坏和防晕层处理不良等。,（六）测量绕组的直流电阻,1、测量目的测量发电机定子和转子绕组的直流电阻（包括绕组的铜导体电阻、焊接头和引出线电阻）主要是检查焊接头质量。因为在相同的温度下，铜导体和引线电阻基本不变化，而焊接头质量的好坏就能从焊接头电阻大小变化反映出来，所以，整个绕组直流电阻变化基本上是焊接头的质量变化。焊接头受到各种因素（如制造缺陷、运行中长期过负荷和出口短路等）可能是焊缝的接触电,（六）测量绕组的直流电阻,阻增加而发热，发热后又使电阻增加，如此恶性循环，焊接头局部过热，产生时将外包绝缘烧坏，焊接头开裂，酿成事故。对定子和转子绕组直流电阻测量是十分必要的。2、测量方法2.1、压降法这是一种原始的传统方法，测试简单，但准确度不高，灵敏度低，目前已很少采用。,2.2、电桥法由于发电机绕组直流电阻比较小，一般都采用双臂电桥测量。电桥测量准确度高，灵敏度高并可直接读数。3、转子绕组直阻周期和标准,（六）测量绕组的直流电阻,（六）测量绕组的直流电阻,4、定子绕组直阻周期和标准,（七）测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗,1、测量目的转子绕组中产生匝间短路时，在交流电压下流经短路线匝中的短路电流，约比正常线匝中的电流大n(n为一槽线圈总匝数）倍，它有强烈的去磁作用，导致交流阻抗大为下降，而功率损耗又明显增加。所以，测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗与原始（前一次）的测量值比较是判断转子绕组有无匝间短路比较灵敏的方法之一。,2、试验接线图,（七）测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗,u,Z=,I,式中：z交流阻抗值，u测量转子绕组电压，VI测量转子绕组电流，A,（七）测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗,3、周期和标准,1、空载特性试验在发电机额定转速下，定子电流为零定子电压U0和转子励磁电流Ie的关系曲线，称为发电机的空载特性曲线。通过空载特性试验和以前的比较可用于判断转子绕组是否有匝间短路故障，也可用于检验发电机磁路的饱和程度。一般汽轮发电机空载特性试验，电压升至130%UN,水轮发电机为150%UN。,（八）发电机空载和短路特性试验,（八）发电机空载和短路特性试验,2、短路特性试验发电机在额定转速下定子电压为零，定子绕组短路时的短路电流IK与转子的励磁电流Ie之间的关系曲线。根据试验测得的数据绘制的短路特性曲线与以前测得的进行比较，差值应在测量误差范围内。若差值较大，应进一步对转子的直流电阻、匝间绝缘和绕组接线进行检查，并找出是否有短路故障。,（九）转子绕组一点接地试验,1、转子绕组接地故障的原因和类型汽轮发电机转子绕组在运行中会受到电、热和机械等应力的综合作用，因而可能导致接地故障。这种故障大多数是滑环绝缘损坏，引线绝缘损坏、转子绕组端部积灰和槽口绝缘损伤造成的，也有一些是因为槽内绝缘损坏引起的。,（九）转子绕组一点接地试验,2、故障响应发电机转子绕组发生一点接地后，由于未形成电流回路，仍可以继续运行。但如果再发生一点接地，形成部分线匝短路，由于回路电阻减小少，而流过大的电流，在接地点将轴烧坏；又由于磁路不对称，引起转子剧烈振动；另外，还会导致转子本体磁化等。根据上述后果，当遇到转子绕组一点接地时，就应当诊断故障原因及故障点，并及时消除故障，使机组尽快回复正常运行。,3、故障分类及查找方法转子绕组一点接地，按其性质可分为稳定接地和不稳定接地；按其接地电阻大小可分为低阻接地和高阻接地。由于转子绕组发生不稳定接地或高阻接地时，为查找故障点，必须在接地状态下烧穿故障点残余绝缘，使其变为稳定低阻接地。,（九）转子绕组一点接地试验,（十）转子绕组绝缘匝间短路试验,1、转子绕组匝间绝缘短路故障的原因和危害转子绕组由于制造中的缺陷，运行过程中在电、热、机械等的综合应力作用下绕组产生变形、位移，致使匝间的绝缘断裂、磨损、脱落或由于脏污等造成匝间短路。当转子发生匝间短路时，严重者将使转子电流增大、绕组温度升高、降低发电机无功功率输出，振动增大，严重时还导致接地故障发生，有时将转子磁化和烧伤轴颈、轴瓦，严重威胁发电机安全运行。,2、匝间绝缘短路分类按其短路的稳定性分为稳定性匝间绝缘短路和不稳定性匝间绝缘短路。3、检测方法3.1、交流阻抗和功率损耗法3.2、单开口变压器法3.3、双开口变压器法3.4、转子绕组直流电阻法3.5、发电机空载特性试验3.6、发电机短路特性试验3.7、微分探测绕组法,（十）转子绕组绝缘匝间短路试验,（十一）发电机轴电压测量,1、目的发电机轴电压所引起的轴电流会使轴承汽轮机蜗母轮等产生严重的电腐蚀。为了切断轴电流的通路，在发电机励磁侧的轴承下、励磁机轴承下及轴承的各个油管接头处都垫上了绝缘垫。在运行中绝缘垫可能因油污堆积、损坏或老化等原因而失去作用，使轴电流能够通过而造成设备损坏。为了检查运行中发电机轴承与底座间绝缘状况，应电气测量发电机的轴电压。,2、轴电压产生的原因轴电压产生有两个原因：一是发电机磁通不对称产生的轴电压；二是高速蒸汽产生的静电引起的轴电压，