专业英语翻译

1、专业英语作业译者：郭杰 学号：2013282080122大型水冷水轮发电机高势能故障测试故障诊断（第一部分）Richard C. Arbour, Bert Milano美国垦务局丹佛办公室摘要：本文描述了美国垦务局在以下方面做出的努力：1. 确定了在进行常规定子绕组维护a-c高电势测试时故障率增高的原因；2. 开发了一个测试系统来确定哪些定子线棒是造成故障潜在危险；3. 开发了一个维修程序来降低测试故障的问题；简介美国垦务局在华盛顿州哥伦比亚河的大古里水坝电站拥有并运行着三台700MW，15KV的水轮发电机。#22、#23和#24机组拥有486个插槽，6个平行的回路，每相27个线圈。主绝缘由环

2、氧树脂和云母构成。导电和不导电的室温硫化膜组成交替的条纹被塑造在线圈一侧来创造一个过盈配合确保线圈在定子线棒的安全。水冷系统采用去离子蒸馏水，压力在60磅每平方英寸。在冷却系统中的每圈当中，每五个线圈组成一个系列。最近，对有效值21KV的常规维护的a-c高电势测试导致了定子绕组主绝缘不断的损坏。几乎所有的故障案例发生在末端转向区域，定子铁芯的1-1/2到3英寸之外，均在铁芯上面或者下面。主绝缘中的水曾被怀疑为可能的原因，因为这些机械在水冷系统装配处有水泄漏的历史问题。剖开近一周故障的某个线圈，发现了主绝缘中损坏区域的自由水。谁的存在造成了绝缘片大面积的分层，也造成了环氧树脂的软化。线棒样品的绝

3、缘处很容易被解开。可以明显看到绝缘片十分疏松柔软。之前的线圈故障未能解释是因为发生故障的样品在检验前已经储存了数星期。在那期间，造成故障的低浓度水早已蒸发。初期故障在1988年三月份对#23机组进行的常规维护a-c高电势测试时，两个定子线棒在接近半导插槽油漆的末端转向区域依旧发生了绝缘故障。该高电势测试时21KV线路接地情况下维持了一分钟。经过减压之后的有效值15KV下a-c高电势测试一分钟之后，故障的线棒被替换，机组恢复正常。因为机组在相间15KV下运行，因此我们相信一个15KV接地试验的成功可以一定程度上确保绝缘完整，并且降低了另一处绝缘故障的风险。即使这样，故障的机理依旧是未知。在198

4、8年七月，#22机组按期进行定子绕组和铁芯的年检。该机组与#23机组在构造上完全相同。由于#23机组的绝缘故障，#22机组的测试电压均被调小至每相19KV接地。1988年7月26日测试进行，结果如下：1. A相：97号插槽前的线棒在定子铁芯下的部位在11.2KV时发生故障，因为此时电压正在上升。2. B相：315号插槽前的线棒在铁芯下的部位在18.6KV电压维持了26s之后发生故障。3. C相：106号插槽前的线棒在铁芯上的部位在升压至14.3KV时发生故障。所有这些故障发生在距定子铁芯末端1-1/2到2-1/2英寸处，线棒笔直的部位（见图1）。对定子插槽中发横故障的线棒进行实物检测发现并没有

5、先前的物理损坏或者其他明显的可能导致故障的原因。对之前故障区域的剖析（1987年）已经发现了在导体附近的带状分层。可以观察到云母片很轻易地被展开并且十分有任性。充分加工得带状系统通常不会显示出这些特征。发电机制造者的分析也预示了绝缘带的正常加工。尽管绝缘处出现了湿汽，垦务局的工程师也达成了一致的共识，即带状绝缘层潮湿，湿汽损坏了带中的环氧树脂。但是在线棒带水的带状层中没有发现一处漏缝。早在1988年七月26日，所有的故障线圈已被谨慎地从器械当中取出，并送至制造商处进行剖析。这个过程需要时间，从发生故障到剖析大致花费一两个月的时间。在过去检测当中，没有发现任何湿汽。这段时间垦务局的工程师开始逐渐

6、怀疑这些湿汽是从绝缘处溢出。因此，剖析工作必须在1988年七月份立即进行来检测是否是水造成了这个问题。垦务局调查设计工程师达成一致，前去参加七月28日的调查。在106号插槽前的故障定子线棒被在当日被取出，并准备剖析。对106插槽处取出的故障线棒的调查在29日，即星期五那天下午开始进行。故障部位被定位在线棒的工作面，距离定子铁芯顶部和线棒交叉点处上方两英寸的地方（见图1）。故障区域很容易地被定位在主绝缘处的一个洞处。用钢锯将线棒锯开，首先从定子铁芯顶部交汇处的故障区域下两英寸的地方锯开。没有证据表明湿汽是从这个切口处漏出。接下来从故障区域上方两英寸的地方锯开，产生了一个四英寸长的样品，样品的中部

7、发现问题。这个切口给出了可视的证据表明主绝缘处的湿汽。在线束三侧的主绝缘处的黑色污点显而易见。这些污点暴漏在空气中几分钟之后就小时了。湿汽蒸发，没有留下之前存在的痕迹。主绝缘是从样品内的线束当中撬开的。绝缘体轻易地分离，并因触碰而潮湿。自由水并没有出现，除非当绝缘体被挤压时才会出现。和之前发现的一样，绝缘带轻易的分离并极具韧性。故障路径直指绝缘体。并没有对绝缘体带状部位进行追踪。在连接处末端又切开两个切口。每个切口都发现了湿汽的存在，在接近连接处末端的切口处，湿汽更多。在锯这个部位时，水从绝缘体溢出。水在主绝缘当中游走了接近24英寸。在这些发电机中铸铜的配合处发生大量的冷却水泄漏，尤其是#22

8、机组。对于#23和#24机组，在制造中改进后的质量控制虽然减少水的泄漏但并没有消除。每一个线棒的末端有一个水总管。铸铜连接配合处曾连接着水管形成线圈和由90弯部和附属耦合组成的线圈组（见图1）。下楼发生在包裹铸铜连接配合处的3/8到1/2英寸厚的环氧树脂密封处下方。环氧树脂密封被称为“罩板包装”，它是将环氧树脂注入模具中制成。这个模具延伸至保卫线棒的主绝缘体大约1-1/2英寸的地方，以确保对绝缘体的密封质量。106号插槽处的特殊的线棒的罩板包装在1986年11月份被更换过，1987年8月和1988年2月再次进行更换。就像这些机组其他泄漏问题一样，湿汽的源头从未找到。可渗透的铸铜处泄漏的水量也许

9、每天只有几滴，甚至有些情况下每年只有几滴，但是一旦水泄漏进入，它将被冷却水系统压迫，进而进入层间的主绝缘体。证据表明，当层间的湿汽进入主绝缘层，就像现在半导插槽油漆区一样，这个线棒将会立即面临发生故障的危险，需要在线束上施加足够的电压。随后，1988年8月3日在发电机制造厂商在场的情况下，对其他两个在七月26号发生故障的线棒进行了拆解，得到了同样的结果。从裂缝处泄漏的湿汽通过主绝缘到定期绝缘片层间部位，造成绝缘强度不够而导致了a-c高电压测试的失败。定子线棒绝缘体电容测试改进从106插槽处取出的线棒进行实验室的分解之后，利用一些编写的数据精确模型938电容计进行了电容测量。一个天然的电容器是由

10、一个四英寸的铝箔包围在线圈上。铝箔和线圈组成的铜束形成了电容器极板，该极板拥有一个由绝缘体组成的非导电介质。对从线棒末端转弯处截取的干燥和湿润的线棒样品进行测量。测得的结果为：一个干燥的线棒电容为4.0微微法拉，而湿润的线棒大约为8.0微微法拉。对两个虚拟但完全相同的绝缘体测的的电容，结果为2比1的比率，这个比率取决于每个样品湿度造成的介电常数的不同。干燥云母与蒸馏水介电常数之比为6比80.因此，绝缘体中很少量的水可以对其电容造成相对较大的差别。深入的实验取得了一个突破，将一个金属夹放入线棒末端转角部位的边缘处。这个金属架由两个平行的2英寸和2-3/8英寸铝片构成，这个铝片被一个1-1/4英寸

11、的聚氯乙烯块状物分开。平行片之间的电容已经测得。在干燥线棒中间的插入物使得其电容为4.0微微法拉。而将从106号插槽取出的潮湿线棒当中插入之后测的的电容为7.5微微法拉，即使这个样品看起来很干燥了。使用夹子得到的数据直接由电容计测得。很少量的铅白用于连接夹子和电容计末端。此外也开发了一个适合罩板包装的夹子。平行的铝片为1-1/16到3-1/4英寸，被一个3-1/8的聚氯乙烯块分隔开。这个夹子也由少量的铅连接另一个电容计。这些电容计有一个特点，那就是它们允许含铅电容计置零进而使得电容计测得的电容仅仅为样本的电容。这个特征在含少量铅的情况下效果良好；但是，当夹子和电容计之间有三英尺的铅的情况下，电

12、容计不能被置零。一些情况下，有必要使用较长的铅棒，例如当测量器械中线棒的电容时由于末端转向区域的物理极限，不得不使用较长的铅。在丹佛办公室仅完成了这项测试有限的实验进展。#22机组的完整调研在1988年8月8日进行。在丹佛实验室，随着测试步骤的发展，我们用数据精确电容计对每个线棒和定子铁芯末端的罩板包装的电容进行了测量。一共测得了3888个数据。线棒的含铅电容测的的结果为26.5微微法拉，含铅电容不能被置零，是根据测的的结果从每个数据中提取得到。尽管从#22机组得到的线棒数据相对较小（平均4.0到5.0微微法拉），但有些数据监测到的更高（6.0到10.9微微法拉）。我们怀疑这些高数据的线棒很有

13、可能在绝缘体当中含有水分。我们决定取出其中的两个线棒来证明电容数据是主绝缘体当中含水的证据。最终选择透平终端的65号插槽前线棒（电容值为9.1微微法拉）和391号插槽前线棒（电容值为10.9微微法拉）。这些线棒曾经有过漏缝或者罩板包装的更换。调查时，物理检测的结果可以看出可能有含水问题。轻敲绝缘体的表面，在高电容值处，产生了迟钝的，柔软的声音。轻敲其他区域则产生了尖锐的声音。也就是说，当那个听起来迟钝柔软的绝缘体被挤压时，检测到轻微的柔软度。在1988年8月12日，我们将#22机组的调查结果发送给发电机制造厂商。制造商也发出公告，65号和391号插槽前的线棒被移除来确认电容测量的准确性。198

14、8年8月16日，制造商发出公告项目人员希望参与两个被移除的线棒的调查当中，此外他们也会带来特殊设备进行更深入的电容评估过程。1988年8月17日，两个线棒从发电机当中移除，更加深入的现场测试使用了多种电容计和多样的电极排列来最优化电容测量过程。定子线棒绝缘体电容测量手段精炼初始用于现场的电极排列测量两个平行板之间的定子线棒的电容。它放置在平行板中一系列线棒的任何一侧，这样有效地减少了测量的总数。这个精炼的测量系统使用了线棒中心的线束作为一极，测量线圈任意一侧两板间的电容。它把绝缘体平行地放置在线棒的任意一侧，有效地提高了测量程度。平行板嵌入在一个弹簧夹的入口，类似于用于电池跨接线缆的夹子。当电

15、极用柔软的半导体材料连成线后，测量的一致性有了很大的提高。夹紧定子线棒的一侧，排除空气在测量当中的影响，当测量进行时，调整好电极的位置。使用该系统时在发电机内部必须有合适的屏蔽物，因为临近的线棒也会被当做电极。如果没有屏蔽，数据将会包含夹紧的线棒和临近的线棒，这样就会导致测量的敏感性下降。制造商使用三种不同的仪器来进行测量：1 多利安式电容计，132A型2 稳科电容耗散因数多频率电桥3 微科技程序控制多频率电桥多利安式电容计是手持的电池供电的可自动调整测量范围的设备，很便携也很容易去操作。稳科的仪器是一个实验型程控多频率电容桥，它很容易操控但不是很便携。最低操作频率为100Hz。该仪器同时可以

16、测量样品的耗散因子。微科的仪器也是一个实验型程控多频率点融侨。它比稳科的仪器要更难操作而且不太便携。每一个测试频率可以选择低至0.1Hz。每一个测量系统都有独有的优点，所有设备看起来都能得到充足的测量结果。多利安电容计对快速测量定子绕组电容是很理想的仪器。如果读出一个可疑的数据，那么更复杂的仪器可以获得更确切的测量结果。稳科电桥可以测量耗散因数，该因数在之后的测试中会想电容值一样可用于预测主绝缘体重的水分。较高的耗散因数预示着主绝缘体的分层。微科电桥允许将测试频率调低至0.1Hz。测试显示干湿绝缘体之间的电容比率会随着测试频率的降低而升高；例如在100Hz时湿绝缘体与干绝缘体之间的电容比率为2

17、，在1Hz时为3，而在0.1Hz下结果接近为4。使用不同电极所做的大量的试验后，最终选择使用线圈中心导体作为一极，在线圈另一侧的一个一英寸宽的板作为另一个电极。这些平行板被保护电极屏蔽，已放置测量到额外的临近电极的电容。水力发电过程控制作业译者：郭杰 学号：2013282080122大型水冷水轮发电机高势能故障测试故障诊断（第二部分）制造商对#22机组的调研发电机制造商用受保护的电极系统连接问稳科电桥在100Hz下对#22机组的定子绕组进行测量。平均电容值和耗散因子分别为23.05微微法拉和5.29%。最高电容值和耗散因子分别为73.4微微法拉和25.5%。该系统相对容易使用，并具有极好的可重

18、复性。所有的绕组的所有线棒都进行了测量。罩板包装并未测量。对部分挑选后的线棒的扩展测试方案接下来的目标就是测量从#22机组得到的数据当中哪些决定了绝缘体重的水分和电子故障的危险。一系列的顶部定子线棒（30个）被选择来进行扩展的系列测试，进而尝试将这些数据和其他标准评估类型的测试联系起来。不同大小的电容值和耗散因子也是选择线棒的考虑因素，从而研究那些数据意味着线棒的绝缘体有足够的水分使线棒处于故障危险当中。一些线棒的电容值低于平均值（不超过23微微法拉），相应的有些线棒耗散因子高于平均值（超过5.0%）。一些包括在扩展测试中的线棒用于确定这些异常值的含义。选择出来的线棒的电容值从16.1到73.

19、4微微法拉。耗散因子从3.0%到18.5%。扩展测试包括：l 新的电容和扩散因子的测量l 3、6、9KV下Doble功率因子测量l d-c斜坡电压测试至15KVl 有效值31KV下a-c高电势耐压测试一分钟l 52KV下d-c高电势耐压测试一分钟这一系列的测试需要哪些线棒与其他绕组绝缘。测试电压由制造厂商选取并需得到垦务局的批准。进攻完整的测试之后，制造商完成了从末端转向区域取得的线棒主绝缘体样品的水分测量结果。扩展测试结果在1988年9月26日到30日的那周，线棒被绝缘，接近3/4英寸从跨接处切下。将所料带放置在借口末端减少水分从绝缘体蒸发。1988年10月4日开始进行扩展测试，在10月7日

20、测试结束。只有当所有测试均完成后才更换下一个线棒。电容和耗散因子的测量是在几个线棒上同时操作，实际上和之前测得的结果相同，所以这部分的扩展试验被取消。a-c高电势耐压测试结果（见表1）表明三个绝缘故障，五个测试时不到60s跳开是因为线棒跨越油漆区出现电弧。d-c高电势耐压测试结果显示一个线棒绝缘故障，还有一个线棒有很低质量的绝缘。在低质量绝缘测试时，没有发生崩溃，然而，60s的试验结束时，电流依旧在增加。我们认为这个线棒的测试时失败的因为它很可能引发可供给充足时间的52KV交流电的崩溃。所有故障发生时，线棒末端的电容值很高，且发生在定子铁芯外部2-3英寸处。在高电容和高耗散因子与高势能测试故障

21、之间发现了重要的相关性。水分也和高电容和耗散因子测量值之间有很高的相关性。但是，和其他类型的测试一样，特例通常是存在的，综合地来说“所有线棒片段电容值超过40微微法拉将会发生故障”的说法不成立。有一条电容值为36微微法拉、耗散因子为12.0%的线棒也发生故障，然而其他四条有着更高电容和耗散因子的线棒承受住了测试电压。较高的电容值和耗散因子看起来是水存在于绝缘体中的很好的指示，但是除非水穿透绝缘体表面的半导体油漆区，否则线棒很可能通过高电势耐压测试。不信的是，考虑到机械安全性的问题，没办法测量在分段的油漆区上线棒的瞬时电容和耗散因子。为了将高电容值和高耗散因子同时考虑，发电机制造厂商提议发明一个

22、经验数字（C+DF），即电容值（C，单位为微微法拉）和耗散因子（DF，单位为%）的加和。我们发现，所有在扩展测试当中失败了的线棒该数字（即C+DF）均超过了48。相似地，所有线棒并不是处于非常差或及其差的状态，在经过电压测试和水分检测后，这些线棒的C+DF值超过了38.5。其中一个特例是，340号线棒的C+DF值为52.4，但通过了电压测试。不幸的是，这条线棒中并未检测到水分。对于检测线棒故障最敏感的测试是双功率因子测试。有效值9KV下线棒的正常功率因子为1.0%到2.0%。对于发生故障的三条线棒，其功率因子为12%到14%。所有功率因子超过6%的线棒均发生了故障。169号线棒的d-c高电势耐

23、压测试结果可能有问题，该线棒也是上述具有高功率因子的所有线棒之一。功率因子测试最大的弊端是线棒必须通电，因此必须与其他绕组机械绝缘。#22机组剩余的具有高C+DF数值的28条线棒在1988年11月份进行了扩展测试。如果在有效值9KV作用下其双功率因子不超过3.0%，那么这些线棒将进行一分钟的有效值25KV下的a-c验证试验。如果超过3.0%，那么这些线棒将进行一分钟的有效值31KV下a-c验证试验和一分钟的52KV下d-c验证试验。这一系列测试的结果为：两个a-c高电势耐压试验发生故障，四个d-c高电势耐压试验发生故障，一个并没有发生故障但其结果可能有问题。#23和#24机组的扩展测试使用在#

24、22机组上同样的测量系统，对#23和#24机组也进行了电容和耗散因子的研究。#23机组有10条线棒的C+DF值超过38.5。#24机组有36条线棒的C+DF值超过38.5。利用和#22机组第二次系列试验选择试验线棒的标准一样，从#24机组选择出16条绝缘线棒进行了扩展测试。33号插槽顶部的线棒在a-c高电势耐压测试中当测试电压增加到31KV时发生故障。该线棒的双功率因数为6.36%。剩余15条线棒中最大功率因数为3.81%。所有这些线棒成功通过了扩展测试。见表二的数据。从23#机组选择出来进行扩展测试的十条线棒中，有3条线棒的C+DF值超过了38.5。其中所有线棒的双功率因数均不超过3.0%，

25、并且均通过了有效值25kV的a-c高电势耐压测试。但是318号插槽进行了替换，因为它的C+DF值为72.2。数据分析使用发电机制造厂商从#22和#23机组采集到的的数据，进行数据分析工作。该项工作由垦务局和发电机制造厂商共同完成。两台电机的所有线棒平均电容实际上是一致的，即#22机组为23.05微微法拉，#23机组为23.12微微法拉。#22机组的标准误差为5.29，而#23机组的标准误差为3.15。在电容值方面，#22机组的标准误差较#23机组的标准误差高68%。分析结果表明在耗散因数方面梁机组有很大的不同。#22机组比#23机组的耗散因数高51%（分别为5.37和3.56）。其标准误差比#23机组高94%（分别为2.321和1.197）。将其在图2中展示出来，可以看出#22机组较#23机组有更多数量的线棒存在绝缘体进水问题。建议的维修步骤总的来说，想达到绕组过冷水零泄漏实际上是不可能的。将锻铜对铸铜连接部位进行替换能缓解一些问题；但是，对线棒末端的水箱进行替换需要过量的热，这将对主绝缘系统造成损坏，因此需要对线棒进行重新绝缘。现有的泡罩包装需要被移除以阻止水分被强迫进入主绝缘体的层间。为了应对这种两难的困境，发电机制造厂