同步发电机试验方法

1广西电网公司电科院陈志高2010年8月 2 1 基 本 概 念 同 步 发 电 机 指 发 电 机 发 出 的 电 压 频 率 f与 发 电 机的 转 速 n与 发 电 机 的 磁 极 对 数 有 着 如 下 固 定 的 关 系 ： （ 转 /分 ） （ 1.1） 同 步 发 电 机 按 其 磁 极 的 结 构 又 可 分 为 隐 极 式 和凸 极 式 。 此 外 ， 还 可 按 其 冷 却 方 式 进 行 分 类 ， 常 见的 有 全 空 冷 、 双 水 内 冷 、 半 水 内 冷 、 水 氢 氢 （ 定 子水 内 冷 、 转 子 氢 内 冷 、 铁 心 氢 冷 ） pf60n 3 2 发 电 机 的 绝 缘 2.1 定 子 绝 缘 对 于 用 户 来 说 ， 主 要 关 心 其 主 绝 缘 即 对 地 及 相间 绝 缘 。 发 电 机 的 主 绝 缘 又 大 致 可 分 为 槽 绝 缘 、 端部 绝 缘 及 引 线 绝 缘 。 我 国 高 压 电 机 的 主 绝 缘 目 前 主要 是 环 氧 粉 云 母 绝 缘 ， 按 其 含 胶 量 又 可 分 为 多 胶 体系 和 少 胶 体 系 。 定 子 线 圈 导 线 与 定 子 铁 芯 以 及 槽 绝缘 在 结 构 上 类 似 一 个 电 容 器 ， 在 电 气 试 验 中 完 全 可以 把 它 当 作 一 个 电 容 器 对 待 4 为 了 防 止 定 子 线 棒 表 面 电 位 过 高 在 槽 中 产 生 放电 ， 环 氧 粉 云 母 绝 缘 的 定 子 线 棒 表 面 涂 有 一 层 低 电阻 的 防 晕 漆 ， 或 在 外 层 包 一 层 半 导 体 防 晕 带 。 端 部绝 缘 表 面 从 槽 口 开 始 依 次 涂 有 低 阻 、 中 阻 、 高 阻 绝缘 漆 ， 防 止 端 部 电 位 变 化 梯 度 过 大 而 产 生 电 晕 。2.2 转 子 绝 缘 转 子 绝 缘 包 括 对 地 绝 缘 和 绕 组 的 匝 间 绝 缘 。 5 3 发 电 机 的 绝 缘 试 验 项 目 3.1 发 电 机 常 规 试 验 项 目 (电 气 部 分 )1） 定 子 绕 组 的 绝 缘 电 阻 、 吸 收 比 或 极 化 指 数 测 量2） 定 子 绕 组 的 直 流 电 阻 测 量3） 定 子 绕 组 泄 漏 电 流 测 量 和 直 流 耐 压 试 验4） 定 子 绕 组 交 流 耐 压 试 验5） 转 子 绕 组 绝 缘 电 阻 测 量6） 转 子 绕 组 直 流 电 阻 测 量7） 转 子 绕 组 交 流 耐 压 试 验 6 8） 发 电 机 和 励 磁 机 的 励 磁 回 路 所 连 接 的 设 备 (不 包 括发 电 机 转 子 和 励 磁 机 电 枢 )的 绝 缘 电 阻 测 量9） 发 电 机 和 励 磁 机 的 励 磁 回 路 所 连 接 的 设 备 (不 包 括发 电 机 转 子 和 励 磁 机 电 枢 )的 交 流 耐 压 试 验10） 发 电 机 组 和 励 磁 机 轴 承 的 绝 缘 电 阻11） 灭 磁 电 阻 器 (或 自 同 期 电 阻 器 )的 直 流 电 阻12） 转 子 绕 组 的 交 流 阻 抗 和 功 率 损 耗 测 量 7 3.2 发 电 机 特 殊 试 验 项 目 (电 气 部 分 )1） 定 子 铁 心 试 验2） 定 子 槽 电 位 测 量3） 定 子 绕 组 端 部 手 包 绝 缘 施 加 直 流 电 压 测 量4） 轴 电 压 测 量5） 定 子 绕 组 绝 缘 老 化 鉴 定6） 空 载 特 性 试 验7） 三 相 稳 定 短 路 特 性 试 验8） 检 查 相 序9） 温 升 试 验 8 4 绝 缘 电 阻 测 量4.2 定 子 绝 缘 电 阻 测 量图 4.1 定 子 绝 缘 电 阻 测 量 9 电 机 额 定 电 压 在 1000V以 上 者 采 用 2500V兆 欧 表 ，测 量 15 s和 60s的 绝 缘 电 阻 ， 并 计 算 吸 收 比 ， 如 果 绝缘 电 阻 或 吸 收 比 偏 小 ， 可 以 增 加 测 量 10分 钟 的 绝 缘电 阻 ， 计 算 极 化 指 数 ， 对 于 环 氧 粉 云 母 绝 缘 ， 吸 收比 不 应 小 于 1.6， 极 化 指 数 不 应 小 于 2。 吸 收 比 = 1分 钟 绝 缘 电 阻 /15秒 绝 缘 电 阻 极 化 指 数 = 10分 钟 绝 缘 电 阻 /1分 钟 绝 缘 电 阻 10 注 意 事 项1） 为 了 克 服 电 容 充 电 电 流 的 影 响 ， 兆 欧 表 的 短 路 电流 应 足 够 大 ， 表 4.1是 选 择 兆 欧 表 的 参 考 数 据 。 如 果吸 收 比 的 测 量 结 果 比 较 大 ， 往 往 是 由 于 兆 欧 表 的 短路 电 流 太 小 造 成 的 。表 4.1 对 兆 欧 表 短 路 电 流 的 要 求 （ 参 考 值 ） 试 品 电 容 /F 0.5 1 2 3 5测 量 吸 收 比 I D/mA 1 2 4 5 10测 量 极 化 指 数 ID/mA 0.25 0.5 1 1.5 2.5 11 2） 测 量 前 后 应 将 被 测 量 的 绕 组 三 相 短 路 对 地 放 电 5分钟 以 上 。 如 果 由 于 意 外 的 原 因 造 成 测 量 中 断 ， 应 该重 新 充 分 放 电 后 再 进 行 测 量 。 如 果 放 电 不 充 分 ， 对同 一 相 重 复 测 量 的 结 果 是 绝 缘 电 阻 值 偏 大 ， 而 换 相时 ， 由 于 残 余 极 化 电 势 与 兆 欧 表 的 电 势 方 向 一 致 ，会 出 现 一 个 极 化 电 荷 先 释 放 再 极 化 的 过 程 ， 造 成 后面 测 量 的 两 相 绝 缘 电 阻 偏 小 的 假 像 ， 如 图 4.2所 示 。 12图 4.2 绕 组 相 间 电 容 对 绝 缘 电 阻 测 量 的 影 响 13 3） 当 测 量 结 果 不 合 格 时 ，应 首 先 排 除 穿 墙 套 管 、 支柱 瓷 瓶 的 影 响 ， 如 用 干 净的 布 进 行 擦 拭 ， 或 在 套 管上 用 软 铜 线 绕 一 个 屏 蔽 电极 ， 接 于 兆 欧 表 的 屏 蔽 端子 上 。 如 图 4.3所 示 。 图 4.3 对 套 管 泄 漏 电 流进 行 屏 蔽 的 接 线 144） 如 果 绝 缘 电 阻 和 吸 收 比 都 很 小 ， 说 明 绝 缘 有 受 潮 的可 能 ， 应 对 绕 组 进 行 烘 干 处 理 。 对 大 型 电 机 可 采 用三 相 稳 定 短 路 的 方 式 升 流 烘 干 或 采 用 直 流 电 流 进 行升 温 烘 干 ， 水 内 冷 机 组 可 通 热 水 烘 干 ， 中 小 型 电 机可 用 电 热 元 件 、 大 功 率 白 炽 灯 或 机 组 自 带 的 加 热 元件 进 行 烘 干 。 15 4.3 转 子 绝 缘 电 阻 测 量1） 使 用 1000V兆 欧 表 进 行 测 量 ， 转 子 水 内 冷 的 电 机 用500V兆 欧 表 测 量 。2） 测 量 绕 组 （ 滑 环 ） 对 转 子 本 体 （ 大 轴 ） 的 绝 缘 电 阻 。3） 不 测 量 吸 收 比 。 16 4.4 轴 承 座 绝 缘 电 阻 测 量测 量 目 的 ： 由 于 发电 机 磁 通 不 对 称 会在 大 轴 上 产 生 轴 电压 ， 为 了 防 止 轴 电压 与 轴 承 间 的 环 流烧 坏 轴 瓦 ， 通 常 将励 磁 机 侧 的 轴 承 与地 绝 缘 。 检 查 轴 承绝 缘 时 用 1000V兆欧 表 测 量 金 属 垫 片对 地 的 绝 缘 电 阻 。 图 4.4 汽 轮 发 电 机典 型 的 轴 承 绝 缘 结 构 17 有 些 汽 轮 发 电 机 采 用 轴 瓦 绝 缘 的 方 式 ， 每 块 轴瓦 引 出 一 个 测 点 ， 应 检 查 每 个 轴 瓦 的 绝 缘 电 阻 ， 有些 汽 轮 发 电 机 没 有 引 出 轴 瓦 的 测 量 点 ， 只 能 在 安 装过 程 进 行 检 查 。 水 轮 发 电 机 的 的 推 力 轴 承 、 导 轴 承 在 每 块 推 力瓦 下 垫 有 绝 缘 垫 ， 应 在 安 装 过 程 检 查 每 块 轴 瓦 的 绝缘 电 阻 ， 在 轴 承 充 油 前 每 块 轴 瓦 的 绝 缘 电 阻 不 应 低于 100M。 当 轴 承 绝 缘 不 合 格 时 ， 除 了 检 查 绝 缘 垫 ， 还 应注 意 检 查 与 轴 承 相 连 接 的 部 件 如 温 度 、 振 动 传 感 器 、油 管 等 的 绝 缘 是 否 正 常 。 18 4.5 发 电 机 和 励 磁 机 的 励 磁 回 路 所 连 接 的 设 备 (不 包 括 发 电 机 转 子 和 励 磁 机 电 枢 )的 绝 缘 电 阻 测 量 1） 小 修 时 用 1000V兆 欧 表 ， 大 修 时 用 2500V兆 欧 表 。2） 如 果 励 磁 回 路 中 有 半 导 体 电 子 元 件 时 ， 测 量 前 应 退出 这 些 元 件 或 将 这 些 元 件 短 路 ， 避 免 这 些 元 件 在 测量 中 击 穿 。 19 5 直 流 电 阻 测 量 测 量 目 的 ： 检 查 绕 组 导 体 是 否 存 在 断 股 、 断 裂 、开 焊 或 虚 焊 等 问 题 。 测 量 发 电 机 定 子 或 转 子 绕 组 的 直 流 电 阻 、 灭 磁电 阻 （ 不 包 括 非 线 性 灭 磁 电 阻 ） 等 可 以 采 用 双 臂 电桥 、 电 压 电 流 法 （ 直 流 ） 、 直 流 电 阻 测 试 仪 等 。 目前 多 数 是 采 用 直 流 电 阻 测 试 仪 进 行 测 量 。 20 测 量 要 点 ： 1） 测 量 前 应 在 定 子 绕 组或 转 子 绕 组 不 同 部 位 放 置三 支 以 上 的 温 度 计 ， 取 平均 值 作 为 绕 组 的 温 度 。2） 如 果 仪 器 的 电 流 端 子和 电 压 端 子 分 开 时 ， 应 将电 压 端 子 夹 在 电 流 端 子 的内 侧 ， 避 免 电 流 端 子 的 接触 压 降 影 响 测 量 的 准 确 度 ，如 图 5.1所 示 。 图 5.1 直 流 电 阻测 量 接 线 图 213） 测 量 结 果 换 算 到 75 时 的 数 值 ， 并 与 历 年 试 验 数 据进 行 比 较 。 铜 导 体 换 算 公 式 如 下 ： (5.1) 式 中 ， R75： 换 算 至 75 时 的 电 阻 ； Rt： 温 度 为 t 时测 量 的 电 阻 值 ； t： 测 量 时 的 温 度 。t235 75235RR t75 22 6 直 流 耐 压 试 验 及 泄 漏 电 流 测 量 6.1 直 流 耐 压 试 验 的 特 点 图 6.1 交 流 电 压 下 绕 组 端 部 绝 缘 的 电 压 分 布 23图 6.2在 直 流 电 压 下 绕 组 端 部 绝 缘 的 电 压 分 布 24 电 机 绝 缘 的 介 电 系 数 比 空 气 大 ， 而 且 端 部 绕 组距 离 铁 心 远 ， 绝 缘 层 的 电 容 Ci比 绝 缘 表 面 到 铁 心 的电 容 Cg大 得 多 ， 所 以 绝 缘 层 的 容 抗 要 比 绝 缘 表 面 对地 的 容 抗 小 得 多 ， 由 于 在 交 流 电 压 下 电 压 的 分 布 与容 抗 有 关 ， 绕 组 端 部 绝 缘 层 中 的 交 流 电 压 降 UCi要 比绝 缘 层 表 面 对 地 的 电 压 降 UCg小 得 多 ， 不 容 易 检 查 出端 部 绝 缘 的 缺 陷 。 1） 对 检 出 绕 组 端 部 绝 缘 缺 陷 有 较 高 灵 敏 度 25 而 直 流 电 压 的 分 布 与 绝 缘 电 阻 成 正 比 ， 端 部 表面 的 绝 缘 在 制 造 时 从 槽 口 向 外 依 次 喷 涂 低 阻 、 中 阻 、高 阻 绝 缘 漆 ， 所 以 端 部 绝 缘 层 的 绝 缘 电 阻 Ri比 绝 缘表 面 电 阻 Rg大 得 多 ， 绝 缘 层 上 的 电 压 降 URi很 大 ， 表面 电 位 URg较 低 ， 对 检 出 端 部 绝 缘 层 的 缺 陷 有 较 高 的灵 敏 度 。 由 于 交 流 耐 压 时 绕 组 端 部 绝 缘 表 面 电 位 较 高 ，所 以 交 流 耐 压 时 端 部 电 晕 较 大 ， 而 直 流 耐 压 时 端 部绝 缘 表 面 电 压 较 低 ， 一 般 不 容 易 看 到 电 晕 。 26 直 流 耐 压 试 验 设 备 输 出 的 功 率 一 般 都 很 小 ， 对试 品 的 破 坏 性 也 很 小 ， 而 且 不 会 象 交 流 耐 压 试 验 那样 对 绝 缘 的 破 坏 存 在 累 积 效 应 。 在 进 行 耐 压 试 验 时首 先 进 行 直 流 耐 压 试 验 ， 还 可 以 通 过 监 测 直 流 泄 漏电 流 的 大 小 和 变 化 了 解 绝 缘 是 否 存 在 局 部 缺 陷 或 受潮 等 可 以 处 理 的 问 题 ， 减 少 在 交 流 耐 压 时 绝 缘 击 穿的 可 能 性 。 2） 对 绝 缘 的 破 坏 性 较 小 27 6.2 直 流 耐 压 试 验 电 压 的 确 定 发 电 机 绝 缘 在 进 行 直 流 耐 压 和 交 流 耐 压 试 验 时 ，它 们 的 击 穿 电 压 值 是 不 一 样 的 。 如 果 以 UDB代 表 直 流击 穿 电 压 ， 以 UAB代 表 交 流 击 穿 电 压 ， 它 们 的 比 值 K通 常 称 为 巩 固 系 数 ， 即 ： K = UDB/UAB (6.1) 大 量 的 试 验 统 计 数 据 说 明 ， 对 新 绝 缘 来 说 K值在 1.2 2.2的 范 围 内 ， 平 均 值 为 1.7左 右 ， 绝 缘 无 损伤 时 K值 最 大 ， 随 着 绝 缘 损 伤 深 度 的 增 加 K值 成 比 例地 减 小 ； 随 着 绝 缘 的 运 行 小 时 增 加 ， K值 也 会 随 着减 小 。 也 就 是 说 ， 在 大 多 数 情 况 下 要 击 穿 同 一 个 绝缘 缺 陷 ， 所 施 加 的 直 流 电 压 要 比 交 流 电 压 高 得 多 。 28 根 据 我 国 的 实 际 经 验 ， K的 取 值 为 1.55 2.2， 并据 此 制 定 出 交 流 耐 压 与 直 流 耐 压 的 标 准 。 以 额 定 电压 为 6kV 24kV的 电 机 为 例 ， 按 我 国 现 行 的 交 接 和预 防 性 试 验 标 准 ， 在 进 行 定 子 绕 组 直 流 耐 压 和 交 流耐 压 试 验 时 ， K值 在 1.54 1.84之 间 。 29 如 果 交 流 耐 压 值 为 1.5UN（ UN为 发 电 机 额 定 电压 ） ， 直 流 耐 压 值 应 为 ： 1.5 (1.54 1.84) UN =( 2.31 2.76) UN (6.2) 平 均 值 约 为 2.5 UN， 现 发 现 有 些 电 厂 在 进 行1.5UN的 交 流 耐 压 前 随 意 将 直 流 耐 压 的 数 值 降 为2.0UN， 显 然 对 后 续 的 交 流 耐 压 是 比 较 危 险 的 ， 是 不可 取 的 做 法 。 30 6.3 试 验 方 法 图 6.3 发 电 机 直 流 耐 压 试 验 接 线 31 1） 空 升 试 验 。 即 甩 开 被 试 验 绕 组 按 每 级 0.5Un分 阶 段升 一 次 电 压 ， 记 录 各 阶 段 的 泄 漏 电 流 ， 一 方 面 可 以检 查 试 验 设 备 和 接 线 是 否 正 常 ， 另 一 方 面 可 以 测 量试 验 设 备 本 身 的 泄 漏 电 流 ， 以 便 于 在 正 式 试 验 时 将所 测 量 的 泄 漏 电 流 减 去 空 升 时 的 泄 漏 电 流 。2） 正 式 试 验 。 试 验 电 压 按 每 级 0.5Un分 阶 段 升 高 ， 每阶 段 停 留 1分 钟 ， 记 录 1分 钟 时 的 泄 漏 电 流 。 3） 试 验 前 应 将 绕 组 短 路 接 地 放 电 ， 试 验 后 应 首 先 将被 试 绕 组 通 过 放 电 棒 放 电 ， 待 电 压 降 到 一 定 数 值 后（ 比 如 1000V以 下 ） 才 能 将 被 试 绕 组 直 接 接 地 放 电 。 32 4） 在 试 验 中 应 注 意 观 察 泄 漏 电 流 的 变 化 ， 如 果 发 现泄 漏 电 流 摆 动 或 急 剧 增 加 ， 应 停 止 试 验 ， 待 查 明 原因 后 方 可 继 续 试 验 。5） 对 于 电 压 较 高 的 电 机 ， 在 试 验 中 应 采 取 必 要 的 措施 防 止 电 晕 过 大 造 成 泄 漏 电 流 不 正 常 。 一 般 的 措 施有 增 加 高 压 端 与 地 端 的 距 离 ， 如 果 距 离 不 够 可 增 加绝 缘 隔 板 ， 避 免 接 线 中 存 在 尖 端 放 电 等 等 。6） 对 于 氢 冷 发 电 机 禁 止 在 氢 气 置 换 过 程 中 进 行 试 验 。 33 7） 维 持 足 够 的 试 验 时 间 。 虽 然 直 流 耐 压 对 绝 缘 没 有 累 积 破 坏 作 用 ， 但 缺 陷 部位 往 往 需 要 经 过 一 定 的 时 间 才 会 击 穿 ， 主 要 原 因 为 ：a） 热 击 穿 ： 故 障 部 位 在 泄 漏 电 流 作 用 下 温 度 升 高 需 要一 定 的 时 间 ；b） 绝 缘 层 上 的 电 压 分 布 ： 由 于 物 理 电 容 和 吸 收 电 流 的作 用 ， 绝 缘 层 上 的 电 压 分 布 需 要 一 定 的 过 渡 过 程 ；c） 电 晕 和 表 面 爬 电 的 发 展 ： 对 开 放 性 的 缺 陷 ， 在 高 电压 下 所 产 生 的 电 晕 和 爬 电 现 象 ， 对 绝 缘 的 破 坏 有 一定 的 过 程 。 有 时 为 了 暴 露 缺 陷 部 位 而 有 意 延 长 加 压时 间 。 34 7 交 流 耐 压 试 验7.1 常 规 试 验 方 法 图 6.4常 规 交 流 耐 压 试 验 接 线 35 由 于 发 电 机 试 验 时 电 容 电 流 通 常 都 比 较 大 ， 限流 电 阻 和 保 护 电 阻 的 选 择 应 根 据 实 际 情 况 选 择 ， 应保 证 被 试 品 击 穿 时 过 流 保 护 能 可 靠 动 作 并 有 足 够 大的 功 率 ， 通 常 是 水 电 阻 ， 可 添 加 食 盐 调 节 水 的 电 阻 。 限 流 电 阻 ： 由 于 电 流 较 大 ， 阻 值 越 大 ， 压 降 越大 ， 损 耗 也 越 大 ， 阻 值 应 小 于 试 品 的 容 抗 ， 而 且 要有 足 够 大 的 热 容 量 ； 铜 球 保 护 电 阻 ： 为 了 保 证 铜 球 击 穿 后 过 流 保 护装 置 能 够 动 作 ， 应 满 足 U T / 阻 值 动 作 电 流 。 36 （ ） (7.1) （ A） (7.2) 式 中 ， C： 绕 组 对 地 及 相 间 电 容 （ F） ； Xc： 容 抗（ ） ； ： 角 频 率 ， = 2f， 对 于 工 频 ， f = 50 Hz， = 314 C1XC TCT CUXUI 37 7.2 串 联 谐 振 交 流 耐 压 试 验7.2.1 试 验 接 线图 7.1 变 频 式 串 联 谐 振 法 交 流 耐 压 试 验 接 线 38 7.2.2 谐 振 条 件 ： IL=IC=I (7.3) XL=XC (7.4) UL= UC (7.5) 式 中 ： XL=L； XC=1/C； =2f； =3.14； f为电 源 频 率 。 由 于 谐 振 的 条 件 是 XL=XC， 即 ： L=1/C， 整理 后 可 得 谐 振 条 件 为 ： (7.6) LC2 1f 39 7.2.3 试 验 回 路 的 Q值 (品 质 因 数 ) 电 感 线 圈 的 品 质 因 数 QL等 于 线 圈 的 感 抗 XL与 损耗 电 阻 RL的 比 值 ： (7.7) 通 常 线 圈 的 Q L值 30 LLL RXQ 40 发 电 机 试 验 回 路 中 ， 除 了 线 圈 的 损 耗 电 阻 ， 还存 在 绕 组 的 绝 缘 损 耗 ， 对 水 内 冷 发 电 机 ， 还 存 在 水电 阻 引 起 的 损 耗 。 考 虑 电 机 绕 组 损 耗 后 回 路 的 等 效Q值 为 ： (7.8) tanQ1 1Q L 41 国 产 空 冷 发 电 机 整 相 绕 组 绝 缘 损 耗 通 常 为0.03 0.06左 右 ， 水 内 冷 绕 组 充 水 时 总 损 耗 可 达0.07 0.12， 将 这 些 数 据 以 及 QL30代 入 上 式 ， 可 得试 验 回 路 的 等 效 Q值 为 ： 国 产 空 冷 发 电 机 试 验 ： Q10 16 国 产 水 内 冷 发 电 机 试 验 ： Q6 10 对 于 串 联 谐 振 ， Q值 也 等 于 试 验 电 压 与 励 磁 变输 出 电 压 的 比 值 ， Q值 越 大 ， 励 磁 电 压 越 小 ， 所 需要 的 试 验 电 源 功 率 越 小 。 42 7.2.4 串 联 谐 振 耐 压 的 优 点 在 谐 振 状 态 ， 回 路 阻 抗 为 ： (7.9) R代 表 试 验 回 路 的 总 损 耗 电 阻 。 一 旦 试 品 击 穿 ， XC变 为 零 ， 谐 振 条 件 被 破 坏 ， 此时 回 路 阻 抗 变 为 ： (7.10) 由 于 X L是 R的 Q倍 ， 所 以 击 穿 后 回 路 电 流 下 降 到 击穿 前 的 Q分 之 一 ， 不 存 在 过 电 流 的 问 题 ， 所 以 试 验比 较 安 全 。 RXXRZ 2C2L2B L2L2B X0XRZ 43 在 进 行 发 电 机 的 交 流 耐 压 试 验 时 ， 为 了 防 止 绝缘 击 穿 时 由 于 电 流 过 大 而 将 定 子 铁 芯 烧 坏 （ 定 子 铁芯 烧 坏 后 极 难 修 复 ） ， 通 常 要 求 击 穿 后 的 短 路 电 流不 要 大 于 5A， 由 于 串 联 谐 振 法 试 验 在 试 品 击 穿 后 回路 电 流 会 下 降 ， 而 且 试 验 电 压 波 形 较 好 （ 电 压 中 的高 次 谐 波 不 满 足 谐 振 条 件 被 抑 制 ） ， 所 以 发 电 机 的交 流 耐 压 应 优 先 采 用 串 联 谐 振 法 。 按 照 国 标 规 定 ， 工 频 试 验 电 压 的 频 率 范 围 为45Hz 65Hz， 因 此 在 选 择 电 感 时 应 满 足 频 率 的 规 定 。 44 串 联 谐 振 耐 压 的 优 点 ： 1） 减 小 升 压 器 输 出 电 压 为 试 验 电 压 的 Q份 之 一 ， 从而 减 小 试 验 设 备 容 量 ； 2） 试 品 击 穿 后 电 流 下 降 为 原 来 的 Q份 之 一 ， 比 较 安全 ； 3） 不 需 要 串 接 限 流 电 阻 。 45 7.3 并 联 谐 振 交 流 耐 压 试 验图 7.2并 联 谐 振 法 交 流 耐 压 46 并 联 谐 振 特 点 ： UC=UL = UT (7.11) XL=XC (7.12) IL= IC (7.13)回 路 阻 抗 ： ZQXL (7.14)回 路 电 流 ： (7.15) QIQIQXUZUI CLLTT 47 并 联 谐 振 耐 压 试 验 特 点 ： 1） 试 验 电 流 为 试 品 电 流 的 Q份 之 一 ， 从 而 减 小 试 验 设备 容 量 ；2） 试 品 击 穿 后 的 回 路 电 流 ， 当 升 压 变 压 器 短 路 阻 抗 的标 么 值 小 于 1/Q时 ， 击 穿 点 电 流 会 大 于 电 容 电 流 ； 如果 在 回 路 中 串 适 当 的 限 流 电 阻 ， 相 当 于 增 加 变 压 器的 短 路 阻 抗 ， 可 以 减 小 短 路 电 流 ， 但 会 使 试 验 回 路的 等 效 Q值 下 降 ， 很 难 将 击 穿 点 电 流 限 制 在 5A以 下 。 3） 需 要 串 接 限 流 电 阻 ， 过 流 保 护 应 可 靠 。 48 7.4 谐 振 试 验 时 电 感 或 电 容 的 选 择 前 面 已 介 绍 通 过 调 节 电 路 的 电 感 、 电 容 或 频 率都 可 以 使 电 路 达 到 谐 振 状 态 。 试 验 标 准 规 定 工 频 耐压 时 的 频 率 范 围 为 45Hz 65Hz， 在 选 择 电 路 参 数 时应 满 足 这 一 要 求 。 当 频 率 为 50Hz、 电 容 的 单 位 为 F、电 感 的 单 位 为 H时 ， 可 按 下 式 估 算 电 感 或 电 容 ： (7.16) L10C：C10L 或 49 对 于 调 感 或 调 容 装 置 ， 可 通 过 微 调 电 感 量 或 电容 量 使 电 路 达 到 谐 振 状 态 。 如 果 采 用 调 频 装 置 ， 估算 电 感 或 电 容 后 ， 再 按 下 式 计 算 实 际 的 谐 振 频 率 ： (7.17) 如 果 频 率 落 在 45Hz 65Hz范 围 内 ， 电 感 L或 电容 C就 不 用 再 调 整 ， 如 果 频 率 超 过 65Hz， 应 增 加 电感 量 或 电 容 量 ； 如 果 频 率 低 于 45Hz， 应 减 小 电 感 量或 电 容 量 。 LC2 1f 50 8 转 子 交 流 阻 抗 测 量8.1 试 验 目 的 检 查 转 子 绝 缘 是 否 存 在 匝 间 短 路 的 问 题 。8.2 隐 极 式 转 子 交 流 阻 抗 测 量 试 验 经 验 说 明 ， 发 电 机 的 转 子 交 流 阻 抗 与 试 验电 压 的 数 值 有 很 大 的 关 系 ， 因 此 规 程 中 强 调 转 子 交流 阻 抗 的 测 量 必 须 在 同 一 电 压 下 进 行 ， 必 须 同 时 测量 交 流 损 耗 。 51图 8.1 转 子 交 流 阻 抗 测 量 接 线 52 测 量 注 意 事 项 1） 试 验 电 压 的 峰 值 不 宜 超 过 额 定 励 磁 电 压 ， 最 高试 验 电 压 为 220伏 ； 2） 转 子 交 流 阻 抗 的 测 量 分 为 膛 内 和 膛 外 两 种 情 况 ，膛 内 测 量 又 分 为 静 态 测 量 和 动 态 测 量 ， 膛 内 测 量 时 ，应 拆 开 炭 刷 ， 防 止 灭 磁 电 阻 对 测 量 的 影 响 ； 3） 膛 外 测 量 时 ， 应 注 意 消 除 转 子 支 架 对 测 量 的 影响 ， 转 子 周 围 不 宜 放 置 铁 架 、 铁 板 或 其 它 铁 磁 材 料 ； 53 4） 为 了 消 除 剩 磁 对 测 量 的 影 响 ， 可 以 重 复 测 量 几 次 ，利 用 交 流 电 压 进 行 消 磁 ， 取 重 复 性 较 好 的 几 次 结 果的 平 均 值 作 为 测 量 结 果 。 5） 动 态 测 量 只 要 求 测 量 超 速 试 验 前 后 额 定 转 速 下 的数 据 ， 如 果 怀 疑 转 子 绕 组 有 动 态 匝 间 短 路 ， 可 以 测量 不 同 转 速 下 的 交 流 阻 抗 和 损 耗 值 。 54 8.3 交 流 阻 抗 的 计 算 （ ） (8.1) （ ） (8.2) （ ） (8.3)IUZ 2IPR 22 RZX 55 8.4 水 轮 发 电 机 转 子 交 流 阻 抗 测 量 水 轮 发 电 机 转 子 要 求 测 量 单 个 磁 极 的 交 流 阻 抗 。按 图 8.1接 好 线 后 ， 调 节 调 压 器 使 转 子 回 路 电 流 保 持为 恒 定 值 ， 然 后 用 电 压 表 测 量 每 个 磁 极 的 电 压 降 。 56 8.5 数 据 判 断 1） 隐 极 转 子 ： 与 历 年 数 据 比 较 ， 如 果 交 流 阻 抗 明 显减 小 而 损 耗 明 显 增 加 ， 可 怀 疑 存 在 匝 间 短 路 的 可 能 ，但 还 要 与 空 载 特 性 、 机 组 的 振 动 情 况 等 进 行 综 合 的分 析 ， 不 宜 轻 易 下 结 论 。 动 态 试 验 时 ， 由 于 转 子 绕组 在 离 心 力 的 作 用 下 被 挤 压 高 度 有 所 减 小 而 且 线 圈向 外 圆 方 向 移 动 ， 会 造 成 在 一 定 的 转 速 下 阻 抗 值 下降 的 情 况 (损 耗 一 般 不 增 加 )， 应 视 为 正 常 情 况 。 572） 水 轮 发 电 机 转 子 ： 当 某 个 磁 极 中 存 在 匝 间 短 路 时 ，该 磁 极 的 电 压 降 就 会 偏 小 ， 而 且 该 磁 极 左 右 两 个 相邻 磁 极 由 于 磁 路 上 的 联 系 电 压 降 也 会 比 正 常 磁 极 的压 降 偏 低 ， 这 种 规 律 可 以 作 为 判 断 磁 极 是 否 存 在 匝间 短 路 的 依 据 。 58 9 发 电 机 短 路 特 性 试 验9.1 试 验 目 的 检 查 励 磁 系 统 及 发 电 机 定 子 或 发 电 机 变 压 器 组 一 、二 次 电 流 回 路 是 否 正 常 。 59图 9.1 发 电 机 短 路 特 性 试 验 原 理 图 60 9.2 试 验 方 法1） 将 励 磁 电 源 改 为 他 励 电 源 （ 用 临 时 电 缆 将 厂 用 电 连接 到 励 磁 变 高 压 侧 ） 。2） 在 发 电 机 出 口 接 好 短 路 排 （ 或 在 主 变 高 压 侧 接 好 短路 排 ） ；3） 按 图 9.1接 好 试 验 线 路 ； 4） 励 磁 调 节 器 改 为 手 动 调 节 ， 并 置 于 输 出 最 小 位 置 ；5） 退 出 发 电 机 过 流 保 护 ， 退 出 强 励 装 置 ； 61 6） 按 运 行 规 程 启 动 发 电 机 并 维 持 额 定 转 速 ， 合 上 励 磁开 关 和 灭 磁 开 关 ；7） 调 节 励 磁 调 节 器 的 输 出 电 流 ， 使 发 电 机 定 子 电 流 逐渐 增 加 ， 并 同 时 检 查 盘 表 的 指 示 值 是 否 正 确 ， 一 直达 到 1.2倍 额 定 定 子 电 流 值 ， 录 取 定 子 电 流 、 转 子 电流 数 据 ；8） 逐 步 减 小 励 磁 电 流 以 减 小 定 子 电 流 ， 在 定 子 电 流 分别 为 1、 0.75、 0.5、 0.25倍 额 定 电 流 下 记 录 定 子 电 流和 励 磁 电 流 值 。 62 10 发 电 机 空 载 特 性 试 验 10.1 试 验 目 的 检 查 励 磁 系 统 和 发 电 机 定 子 一 、 二 次 电 压 是 否 正 常 。 63图 10.1 发 电 机 空 载 特 性 试 验 原 理 图 64 10.2 试 验 方 法 1） 按 图 10.1接 好 试 验 线 路 ；2） 发 电 机 出 口 开 路 或 带 主 变 时 主 变 高 压 侧 开 路 ；3） 励 磁 调 节 器 为 手 动 调 节 ， 并 置 于 输 出 最 小 位 置 ；4） 投 入 发 电 机 过 流 保 护 和 差 动 保 护 ， 退 出 发 电 机 过 压保 护 ；5） 按 规 程 启 动 发 电 机 并 维 持 额 定 转 速 ， 合 上 励 磁 开 关和 灭 磁 开 关 ； 65 6） 单 方 向 调 节 励 磁 调 节 器 ， 使 定 子 电 压 升 高 至 1.3倍额 定 电 压 值 ， 录 取 定 子 电 压 、 转 子 电 流 数 据 ；7） 单 方 向 调 节 励 磁 调 节 器 ， 使 定 子 电 压 逐 步 降 低 ，分 别 记 录 9 11组 定 子 电 压 、 转 子 电 流 数 据 ， 同 时 检查 盘 表 ；8） 跳 开 灭 磁 开 关 。 66 11 空 载 及 不 同 负 荷 下 发 电 机 的 轴 电 压 测 量图 11.1 轴 电 压 测 量 原 理 图 67 11.1 测 量 方 法 1） 试 验 前 分 别 检 查 轴 承 座 与 金 属 垫 片 、 金 属 垫 片 与 金属 底 座 的 绝 缘 电 阻 ， 应 大 于 0.5M。2） 试 验 接 线 见 图 11.1。3） 在 空 载 试 验 额 定 电 压 下 ， 用 高 内 阻 的 电 压 表 先 测 量轴 电 压 Ul， 然 后 将 转 轴 的 汽 机 端 与 轴 承 座 短 接 ， 测量 励 磁 机 端 大 轴 对 承 座 的 电 压 U2以 及 轴 承 对 地 的 轴电 压 U3。4） 在 发 电 机 不 同 负 荷 下 分 别 测 量 发 电 机 的 轴 电 压 。 68 11.2 测 量 结 果 判 断1） 轴 电 压 一 般 不 大 于 10V。2） 正 常 情 况 下 U1U3， U20， 如 果 测 量 结 果 是 U3明显 小 于 U1， U2数 值 较 大 （ 正 常 情 况 下 一 般 U3/U2大于 10 以 上 ） ， 说 明 轴 承 绝 缘 不 好 ， 可 能 会 产 生 轴 电流 。 69 12 水 内 冷 定 子 绕 组 充 水 或 通 水 情 况 下 直 流 电 压 试 验12.1 水 内 冷 发 电 机 定 子 绕 组 结 构 对 于 水 内 冷 的 定 子 绕 组 ， 冷 却 水 由 端 部 进 水 总管 经 塑 料 王 （ 聚 四 氟 乙 烯 ） 水 管 引 入 各 个 线 圈 的 鼻部 ， 热 水 从 另 一 端 （ 或 另 一 个 线 圈 ） 的 线 圈 鼻 部 经塑 料 王 水 管 引 入 出 水 总 管 ， 发 电 机 引 出 线 的 出 水（ 或 进 水 ） 也 有 一 个 总 管 。 大 型 发 电 机 的 进 、 出 总管 分 别 位 于 定 子 的 两 端 ， 小 型 发 电 机 的 进 、 出 总 管也 有 位 于 定 子 同 一 端 的 。 定 子 汇 水 总 管 固 定 在 定 子端 部 ， 为 圆 形 ， 通 称 为 汇 水 环 或 汇 水 管 。 70图 12.1 水 内 冷 定 子 水 路 图 71图 12.2 水 内 冷 汽 轮 发 电 机 定 子 72 为 了 方 便 进 行 高 压 试 验 ， 三 个 汇 水 管 与 外 部 水管 是 绝 缘 的 （ 通 过 绝 缘 法 兰 对 接 ） 。 运 行 中 必 须 将三 个 汇 水 管 可 靠 接 地 ， 防 止 汇 水 环 上 产 生 高 电 压 而击 穿 。 73 12.2 概 述 在 吹 干 水 的 情 况 下 ， 试 验 方 法 与 一 般 空 冷 电 机相 同 ， 但 将 定 子 绕 组 中 的 水 吹 干 在 实 际 操 作 中 比 较困 难 ， 如 果 水 吹 不 干 在 高 电 压 下 容 易 将 绝 缘 水 管 损坏 ， 很 不 安 全 。 在 定 子 绕 组 充 水 或 通 水 的 情 况 下 ， 内 冷 定 子 绕组 交 流 电 压 试 验 可 按 常 规 方 法 进 行 ， 因 为 水 电 阻 电流 与 绝 缘 的 电 容 电 流 相 比 小 得 多 ， 而 且 是 按 相 量 的关 系 相 加 ， 可 以 勿 略 不 计 。 而 在 直 流 电 压 试 验 中 ，水 电 阻 电 流 比 绝 缘 的 泄 漏 电 流 大 得 多 ， 必 须 采 取 特殊 的 试 验 接 线 将 水 电 流 排 除 掉 。 74 12.3 定 子 绝 缘 电 阻 测 量图 12.3 水 内 冷 定 子 绕 组 绝 缘 电 阻 测 量 原 理 图 75 12.3.1测 量 原 理 图 中 RF、 RU组 成 分 压 器 ， 用 于 测 量 试 验 电 压 ；RI为 绝 缘 泄 漏 电 流 测 量 电 阻 ； R1为 绕 组 对 汇 水 环 的水 电 阻 ； R2为 汇 水 环 对 地 的 水 电 阻 。 从 测 量 原 理 上 与 普 通 的 兆 欧 表 相 同 ， 兆 欧 表 的屏 蔽 端 子 必 须 接 到 汇 水 环 上 。 所 不 同 的 是 ： 1） 兆 欧 表 需 要 提 供 流 向 水 电 阻 的 电 流 。 假 如 水电 阻 为 100k， 试 验 电 压 为 2500V， 那 么 流 过 水 电 阻的 电 流 就 是 25mA， 而 一 般 的 兆 欧 表 短 路 电 流 只 有 几mA。 所 以 测 量 水 内 冷 绕 组 绝 缘 电 阻 的 兆 欧 表 必 须 能输 出 足 够 大 的 电 流 ； 76 2） 由 于 汇 水 环 对 地 水 电 阻 R2只 有 几 k 几 十k， 为 了 保 证 绝 缘 的 泄 漏 电 流 大 部 分 流 入 测 量 电 阻RI， 就 要 求 RIR2， 但 是 ， RI太 小 时 ， 电 流 信 号 就会 很 小 。 假 如 RI为 500， 发 电 机 绝 缘 电 阻 为5000M， 则 RI上 的 信 号 电 压 只 有 0.25mV。 R2的 大小 与 水 质 有 关 ， 因 而 试 验 时 对 水 质 也 有 要 求 。 3） 由 于 冷 却 水 与 金 属 导 体 之 间 会 产 生 极 化 电势 ， 虽 然 极 化 电 势 很 小 ， 但 由 于 RI上 的 信 号 也 很 小 ，所 以 极 化 电 势 会 影 响 测 量 结 果 。 在 专 用 的 兆 欧 表 中应 有 相 应 的 极 化 电 势 补 偿 电 路 。 77 12.3.2 测 量 方 法1） 如 果 在 充 水 的 情 况 下 测 量 ， 水 质 应 达 到 运 行 要 求 ，如 果 吹 干 水 后 做 试 验 ， 必 须 将 水 彻 底 吹 干 ；2） 如 果 充 水 试 验 ， 应 首 先 测 量 并 记 录 绕 组 对 汇 水 环 以及 汇 水 环 对 地 的 绝 缘 电 阻 ；3） 采 用 2500V兆 欧 表 测 量 ， 分 别 测 量 15s和 60s的 数 据 ，测 量 前 后 应 将 三 相 对 地 短 路 5min以 上 。4） 如 果 吸 收 比 不 合 格 或 绝 缘 电 阻 不 合 格 ， 可 增 加 测 量极 化 指 数 ， 即 测 量 1min和 10min的 数 据 ， 根 据 测 量结 果 作 进 一 步 的 分 析 。 78 12.3.3 水 内 冷 定 子 绕 组 绝 缘 电 阻 测 量 中 常 见 问 题1） 汇 水 环 对 地 短 路 ： 如 果 是 金 属 性 对 地 短 路 ， 此 时 RI上 没 有 电 流 流 过 ， 这 时 所 测 数 据 是 一 个 无 穷 大 的 假数 据 ， 而 且 没 有 吸 收 现 象 ； 如 果 是 不 完 全 接 地 ， 所测 得 的 也 是 一 个 偏 大 的 绝 缘 电 阻 ， 而 且 由 于 极 化 现象 出 现 负 的 增 长 （ 吸 收 比 小 于 1） 。2） 与 汇 水 环 联 接 的 导 线 断 开 ： 这 时 所 测 得 的 数 据 实 际上 就 是 水 的 电 阻 ， 没 有 吸 收 现 象 。3） 测 量 前 后 没 有 充 分 放 电 ： 假 如 三 相 绝 缘 电 阻 是 平 衡的 ， 换 相 后 测 量 结 果 是 偏 小 。 为 了 防 止 出 现 这 种 情况 ， 每 相 测 量 前 后 必 须 将 三 相 同 时 对 地 短 接 放 电 5分钟 以 上 。 79 12.4 水 内 冷 定 子 绕 组 直 流 电 压 试 验图 12.4 水 内 冷 定 子 直 流 电 压 试 验 原 理 （ A相 试 验 ） 80 与 绝 缘 电 阻 的 测 量 相 类 似 。 被 试 相 为 A相 ， 流入 冷 却 水 电 阻 RSA的 电 流 进 入 汇 水 环 后 通 过 电 流 表A2回 到 升 压 变 的 X端 子 ； 而 流 入 对 地 绝 缘 电 阻 和 相间 绝 缘 电 阻 的 电 流 流 入 大 地 后 通 过 电 流 表 A1和 汇 水环 对 地 水 电 阻 RS2进 入 汇 水 环 再 回 到 升 压 器 的 X端 子 ，如 果 RS2 A1的 内 阻 ， 则 流 入 RS2的 电 流 就 可 以 忽不 计 ， 可 认 为 A1指 示 的 电 流 就 是 绕 组 的 直 流 泄 漏 电流 。 测 量 方 法 和 过 程 与 空 冷 发 电 机 相 同 ， 为 了 防 止绝 缘 击 穿 时 打 坏 微 安 表 A1， 在 升 压 过 程 中 和 读 完 数据 后 应 合 上 短 路 开 关 K。 81 12.5 定 子 绕 组 端 部 电 位 外 移 试 验12.5.1 试 验 目 的 检 查 手 包 绝 缘 是 否 良 好 ， 水 电 接 头 是 否 存 在 渗漏 的 问 题 。 绝 缘 良 好 时 ， 直 流 电 压 基 本 上 降 落 在 绝缘 层 上 ， 表 面 电 位 很 低 （ 绝 缘 良 好 时 只 有 几 伏 ） ，如 果 绝 缘 不 好 ， 表 面 电 位 就 会 明 显 增 大 ， 这 就 是 所谓 的 电 位 外 移 。 82 12.5.2 试 验 前 准 备 工 作1） 发 电 机 进 行 水 压 试 验 并 合 格 ， 水 质 应 符 合 要 求 ， 电导 率 应 不 大 于 1.5 s/cm。2） 清 洁 端 部 线 圈 模 压 绝 缘 表 面 ， 为 了 保 证 测 量 的 灵 敏度 ， 手 包 绝 缘 及 绝 缘 盒 不 用 进 行 清 洁 处 理 。3） 汽 侧 、 励 侧 两 端 的 接 头 分 别 进 行 编 号 。 834） 在 接 头 的 手 包 绝 缘 及 过 渡 引 线 并 联 块 等 部 位 包 上 一层 铝 箔 ， 但 在 靠 近 塑 料 王 管 的 地 方 保 留 50mm的 距 离不 包 铝 箔 ， 以 免 引 起 缝 隙 放 电 及 损 坏 塑 料 王 管 。5） 为 了 便 于 测 量 ， 定 子 首 尾 出 线 手 包 绝 缘 的 铝 箔 电 极可 用 绝 缘 导 线 引 出 到 方 便 测 量 的 位 置 ， 并 标 好 相 别 。 6） 按 图 12.5或 图 12.6接 好 试 验 电 路 。 84图 12.5 发 电 机 定 子 表 面 电 位 测 量 接 线 图 85图 12.6 出 线 接 头 手 包 绝 缘 表 面 电 位 测 量 86 12.5.3 测 量 步 骤 1） 用 2500伏 兆 欧 表 测 量 所 测 部 位 的 绝 缘 电 阻 ， 作 好 记录 ；2） 在 发 电 机 定 子 上 外 加 等 于 额 定 电 压 的 直 流 电 压 ；3） 按 编 号 用 测 量 杆 逐 点 测 量 各 测 量 点 的 泄 漏 电 流 ， 作好 记 录 。 表 面 电 位 =微 安 表 读 数 测 量 杆 电 阻 (12.1)4） 测 量 完 毕 将 试 验 电 压 降 为 零 ， 定 子 绕 组 对 地 充 分 放电 。5） 为 了 便 于 比 较 ， 规 程 规 定 测 量 杆 的 电 阻 统 一 为 100 M。 87