大电机技术 大型水轮发电机定子线棒介质损耗测量探讨 邹祖冰，杜建国，吴仲平 （中国长江三峡集团公司机电工程部，湖北宜昌４４３００２） ［摘要】 绝缘介质损耗是反映高压电气设备绝缘性能的一项重要指标。介损的测量值直接影响对绝缘性能 的判断。本文结合三峡工程左岸、右岸及地下电站的定子线棒 厂试验实际情况，就定子线棒介损测量的有 关问题进行分析，探索适合水轮发电机定子线棒的介质损耗测量的方法。 ［关键词］ 大型水轮发电机；定子线棒；介质损耗；测量 【中图分类号】ＴＭ３０３．１ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１０００—３９８３（２０１ １）０ｌ一０００５—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｈｙｄｒ０ｇｅｎｅｒａｔ０ｒ Ｓｔａｔｏｒ Ｃｏｉｌｓ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｏｓｓ Ｆａｃｔｏｒｓ ＺＯＵ Ｚｕ—ｂｉｎｇ，ＤＵ ｊｉａｎ—ｇＵＯ，ＷＵ Ｚｈｏｎｇ—ｐｉｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＭ＆Ｅ，Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｓｓ ｆａｃｔｏｒ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｄｅｘ ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｓｓ ｆａｃｔｏｒｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｉｕｄｇｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｌｅｖｅ１． Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｃｔｕａｌ ｔｅｓｔ ｏｎ ｓｔａｔｏｒ ｃｏｉｌｓ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｓｓ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｌｅｆｔ ａｎｄ ｒｉｇｈｔ ｂａｎｋ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｇｏｒｇｅｓ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ １ＯＳＳ ｆａｃｔｏｒｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｂａｒｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌＯＳＳ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｈｖｄｒｏ２ｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｔａｔｏｒ ｂａｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｓｔａｔｏｒ ｃｏｉｌｓ；ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏｓｓ ｆａｃｔｏｒｓ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｌ 引言 内部分）采用合适的换位后，在端部将股线束装在一 起。股线问绝缘，防止股线之间产生短路环流。线棒 随着水电机组单机容量越来越大，发电机的安全 主绝缘采用环氧云母和防电晕半导体作为填充材料， 稳定运行显得越来越重要。发电设备运行的可靠性很 以保证线棒场强、应力分布均匀。线棒槽内直线段外 大程度上取决于设备的绝缘。绝缘介质损耗是反映高 层表面涂刷低阻半导体漆，端部弯曲段表面涂刷高阻 压电气设备绝缘性能的一项重要指标。 半导体漆。 介质损耗角正切值常用来评定绝缘介质在某一电 线棒的绝缘试验主要有工频耐压、电晕、工频击 压范围内的的老化状况。当绝缘介质由于电、热、机 穿试验、介损测量等，不同的制造厂和主绝缘的额定 械应力的作用发生劣化或极化时，介损值和放电都有 电压，试验标准也不一样。针对ｌ８ｋＶ及以上的电压等 所增加。放电的增加明显特征为介损值及电容值随施 级，介质损耗值要求是一致的，具体要求见表１。 加电压而变化，并导致起始放电电压降低。通常ｔｇ 和 表１定子线棒常态介质损失角正切及其增量指标 △ｔ ｇ 代表绝缘的平均老化水平。在设备出厂检查和 试验电压０．２ＵＮ ０．２ＵＮ～ｏ．６ｕＮ 运行中介损测量是必做试验项目，准确、真实的测量 试验是非常必要的。本文就针对水轮发电机定子线棒 的结构和绝缘特点，如何利用西林电桥准确、真实地 测量介损进行探讨。 ３介质损耗角正切值测量 ２定子线棒结构及绝缘技术 绝缘介质在交流电压作用Ｆ，除有电导电流、局 部放电电流外，还有极化引起的有功电流。电导电流、 线棒有槽内甑线段、端部弯曲段、电接头三部分， 局部放电和极化引起的有功损耗为介质损耗。电导电 由铜导线、主绝缘和防也晕系统组成。 流是电介质在电场作片】下产生的泄漏电流，产生的损 铜导线【｝ｊ多股的绝缘铜股线组成，在直线段（槽 耗与极化和局部放｝ 引起的损耗桶比是很小的。在绝 ６ 大 水轮发电机定子线棒介质损耗测量探讨 缘材料内部存在气泡、气隙介质不均匀和外部存在尖 角、毛刺、污秽等时，当施加一定的外加电压时出现 能在所有线棒中实施。为了借鉴这种办法，在相同结 构的线棒中，抽一定比例的线棒做对比试验。比较 放电。介质极化是介质中电子、离子等在交流电压作 用下，沿交变电场的方向作往复的有限位移并重新排 列，克服极化分子问的摩擦力而造成能量损耗，极化 损耗的大小与电介质的性能、结构、温度、交流电压 频率有关。 ｔｇ６ 和ｔｇ８两者之间的差异，以后就参考特征值来折 算ｔｇ 。 影响介损测量外部因素主要是试验环境条件包括 温度、湿度、电磁场干扰、试验台、试验设备、接地 等，内部的因素主要是线棒的主绝缘和防电晕系统的 结构、材料成分、：［艺 水轮发电机定子线棒如何准 确地测量介质损耗，关键是处理防电晕层对介损测量 的影响。 水轮发电机定子线棒介质损耗试验加压时电流具 体流向示意图详见图１，介质损耗值为 ｔｇ ＝， ／Ｉ 。 导体 罔Ｉ 定子线棒介质损耗试验『ＪＩ 】时电流流向示意 线棒直线段绝缘良好，无缺陷时，通过介质的电 流为Ｊ，：， ＋『， ，ｔｇ 值在一定电压范围内基本卜不 随电压增加而明显变化，增加量一般很小。防晕保护 层部分随着电压变化容性电流变化比较明显，因此 ｔｇ 随着容性电流的变化而变化，使得测试不准确。 为了更真实的测量，有以下两种方式：一是采用完全 屏蔽和非完全屏蔽的对比折算法；二是采用包括防晕 层的近似测量法。 ３．１ 完全屏蔽和非完全屏蔽的对比折算法 完全屏蔽和非完全屏蔽的对比折算法在试验时， 定子线棒接地只包括线棒直线段，不包括防晕段部分。 由于定子线棒的防晕层影响介质损耗ｔｇ 的测试，而 且线棒端部电流， 的影响无法避免，导致介损损耗值 增加，测量的结果为ｔｇ ＝， 十， ／， ：具体电流流向 示意图见图２。 为了得到准确真实的介质损牦值，采用完＝牟＝屏蔽 法，在线棒两端的防晕层位置切开一个小口除去外表 面的导电层，使防晕层和线棒直线段分歼，使， 排除 在外 这样可以实现在完伞屏蔽条件下测量到准确真 实的ｔｇ 值。这种办法损坏ｒ线件， 何破坏性，不 网２考虑端部电流的电流流向示意图 在三峡左岸电站ＡＬＳＴＯＭ机组定子线棒试验时， 选取了６根线棒进行了对比测试，试验数据见表２。 表２定子线棒不完全屏蔽与完全屏蔽测量数据对比 基于以上结果，ｔｇ 和ｔｇ５两者之间偏差最大 ０．５９４％，ｔｇ 试验标准按照１％考核，建议ｔｇ 考核 标准定为１．５％（基于６根线棒的平均测量值＋３ ｘ屏蔽方 法下的方差）。 ３．２防晕层的近似测量法 防晕层的近似测量法是接地部分包括防晕保护 层，测量考虑了防晕层的介质损耗，测量的值为 ｔｇ ；， ＋ｒ：／ｉｏ＋ ，包括了 和 这两部分。具体 示意图见图３。 三峡有岸机组在定子线棒介质损耗试验时采用该 种包括防晕层的近似测量法，在三峡右岸电站７ｏ０ＭＷ 机组定子线棒ｆ｝｛厂实测数据详见表３。 从实测数据表中，抽查的线棒实测数据是满足标 准要求的。从介质损耗测量ｔｇ ＝， ＋Ｉ ／， ＋， 分析， 实测ｔｇ５ 真实的ｔｇ ：，，／Ｉ，， 还是有一定的差异，从理论 分析，（，，＋， ）／（， ＋， ）是略大于，，／， ， ｔｇ ＝， ＋， ／，．．＋，：测量值满足标准要求，那么 大电机技术 ７ ｔｇ ＝， ／ｉ 定是满足标准要求的。 ４结论 本文从理论和上程实际分析了大型发电机定子线 棒介质损耗测量问题。为了准确地测量发电机定子线 棒的介质损耗，探讨了两种测量方式。采用完全屏蔽 Ｏ 和非完全屏蔽的对比折算法接线简单，能够准确地得 到线棒的真实介质损耗值，在所有线棒测量时采用折 Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ ０ ８ 算值考核，缺点是需要破坏部分线棒。采用包括防晕 ７ ２ ６ ７ ４ ９ 层的近似测量法测量的介质损耗是近似值，略大于真 同３包括防晕层时电流流向示意图 实值，试验是可以接受的，缺点是接线比较麻烦。两 种方式都是可行的，根据实际情况都可以采用。 ｆ收稿ＦＩ期１ ２０１０．０６—０２ 表３ 包括防晕层的近似测量法定子线棒实测数据表 【作者简介］ 邹祖冰（１９７８一），２００４年毕业于华南理工大 ０，７９３７ ０ ｌ７７ｌ ０．１１６４ 学电力学院，工学硕士，研究方向为大型水 轮发电机设计、制造及运行管理。 Ｏ．７８３３ ０ ６６７３ Ｏ．７２７２ Ｏｌ７４９ Ｏ．１１４４ ０ ７６２９ ０．７７３２ ０．Ｉ２ｌ８ ０ １２ｌ８ Ｏ １３７７ ◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆ ＿ ［］ 孙２动４（剑模８）波态：分，Ｉｌ詹析０一琼【ＩＪＩ］４华．．中，国黄电进机．霉开工 程关磁学报阻电机的定予振 ０ ■■ …ｌ＇ 簏一 。 …’、 …～…～…、 鼍 ～… ２ ，２０Ｏ５，２５（２２）： Ｉ ■ 【】 王解宏析蠢 高华计算，王ｆＪ１治．中平国，麓 阻电江机泉工．开程关学磁报，阻 ２电００机５，固 ２有 ５ ｆ频 １ ２率．）：鞲＿一蠹 岛 鼍甍 瓢 ３ ｌ３３ ｌ ３７
