毛穎清

(杭州華電半山發(fā)電有限公司,浙江杭州 310015)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的大力發(fā)展,系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)口300～600MW氫冷發(fā)電機(jī)組日漸增加。這些發(fā)電機(jī)組絕緣材料基本都是環(huán)氧-云母材料,國(guó)內(nèi)三大電機(jī)廠自行生產(chǎn)的600～1000MW發(fā)電機(jī)也是采用這類絕緣材料取代原有的瀝青浸膠與烘卷云母絕緣。由于國(guó)外制造廠在發(fā)電機(jī)生產(chǎn)制造中執(zhí)行其本國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(如GE公司產(chǎn)品都采用ANSI)或IEEC,和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)難免有所不同,造成安裝調(diào)試、故障責(zé)任認(rèn)定和追究及日后絕緣監(jiān)督工作中的分歧。杭州華電半山發(fā)電有限公司2004年引入3臺(tái)美國(guó)GE公司生產(chǎn)的390MW機(jī)組,使用靜態(tài)勵(lì)磁﹑三相星形連接的390H型氫冷發(fā)電機(jī)。在機(jī)組安裝后,發(fā)電機(jī)電氣交接試驗(yàn)與預(yù)試安排與國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)有較大不同,需要對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行分析并結(jié)合技術(shù)合同的實(shí)際情況才能作出選擇。本文用GE公司提供的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和說(shuō)明與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,從試驗(yàn)內(nèi)容和原理方面進(jìn)行分析,結(jié)合具體情況給出選擇建議。

1 中、美標(biāo)準(zhǔn)介紹

目前,我國(guó)電氣設(shè)備電氣絕緣監(jiān)督工作與電氣高壓試驗(yàn)主要參照2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。電力系統(tǒng)交接電氣試驗(yàn)以GB50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)執(zhí)行,其中關(guān)于發(fā)電機(jī)定子絕緣工作部分3.0.1(1.4)為強(qiáng)制性條文,在投運(yùn)前要求必須進(jìn)行下列試驗(yàn)項(xiàng)目:測(cè)量定子繞組的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)定子;繞組交流耐壓試驗(yàn)。另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為DL/T596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》,該標(biāo)準(zhǔn)在總則范圍中寫明:從國(guó)外進(jìn)口的設(shè)備應(yīng)以該設(shè)備的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),參照本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。其中關(guān)于發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣的部分為:測(cè)量定子繞組的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)(1年或小修后,大修前后);直流泄漏和直流耐壓試驗(yàn)(1年或小修后,大修前后或更換繞組后);交流耐壓試驗(yàn)(10kW,18kV以上的發(fā)電機(jī)試驗(yàn)電壓與廠家協(xié)商;試驗(yàn)在大修時(shí)更換繞組后進(jìn)行)。當(dāng)時(shí)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的絕緣材料大多采用瀝青浸膠與烘卷云母絕緣,部分新投產(chǎn)的發(fā)電機(jī)采用環(huán)氧云母絕緣材料。

GE公司提供的發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣要求是根據(jù)美國(guó)ANSI標(biāo)準(zhǔn)制訂的,其中將發(fā)電機(jī)定子試驗(yàn)分為2種類型:驗(yàn)證性試驗(yàn)和分析性試驗(yàn)。驗(yàn)證性試驗(yàn)就是耐壓試驗(yàn)(破壞性試驗(yàn)),有工頻交流耐壓、低頻交流耐壓和直流耐壓3種試驗(yàn)方法。其中,最為有效的是工頻交流耐壓試驗(yàn),試驗(yàn)電壓見表1(表中,U為發(fā)電機(jī)額定線電壓的有效值)。

分析性試驗(yàn)又分推薦性和自選性2類。推薦性試驗(yàn)為絕緣測(cè)量和吸收比或極化指數(shù)、直流泄漏試驗(yàn)。自選性試驗(yàn)為介損、局部放電、電暈啟動(dòng)電壓(根據(jù)實(shí)際情況需要進(jìn)行選擇)。試驗(yàn)時(shí)間為:在定期檢修時(shí),近端發(fā)生暫態(tài)故障受沖擊后,發(fā)出過(guò)電壓涌流后。GE公司方面給出的390H氫冷機(jī)組的檢修周期為:發(fā)電機(jī)持續(xù)運(yùn)行30000h后進(jìn)行大修。

表1 試驗(yàn)電壓

2 中、美標(biāo)準(zhǔn)差異與分析

在對(duì)比后,發(fā)現(xiàn)美方與國(guó)內(nèi)在氫冷發(fā)電機(jī)電氣試驗(yàn)方面的差異主要集中在工頻交流耐壓試驗(yàn)和直流耐壓與直流泄漏試驗(yàn)上。

2.1 工頻交流耐壓試驗(yàn)

工頻交流耐壓試驗(yàn)是最有效的絕緣檢測(cè)手段,但會(huì)破壞試品絕緣,在這點(diǎn)上雙方觀點(diǎn)一樣,唯一的區(qū)別是在交接時(shí)和更換繞組前是否進(jìn)行試驗(yàn)。

GB50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中提出:6MW發(fā)電機(jī)安裝投運(yùn)前必須進(jìn)行工頻交流耐壓(工頻諧振耐壓法也可以)試驗(yàn),電壓與制造廠協(xié)商確定。這樣可以發(fā)現(xiàn),在運(yùn)輸、庫(kù)存放置、安裝過(guò)程中由振動(dòng)、受潮等因素產(chǎn)生絕緣損壞,避免在投產(chǎn)后故障引起非計(jì)劃停運(yùn)而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響。而GE公司認(rèn)為,發(fā)電機(jī)在出廠時(shí)已經(jīng)按ANSI標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行過(guò)工頻交流耐壓試驗(yàn)(試驗(yàn)電壓要比大修時(shí)的值高40%),在投運(yùn)前再次進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)絕緣有損壞,不同意進(jìn)行試驗(yàn),如果用戶一定要進(jìn)行試驗(yàn)(試驗(yàn)電壓按出廠試驗(yàn)電壓的70%進(jìn)行),其對(duì)日后在包修期內(nèi)發(fā)生發(fā)電機(jī)絕緣故障不承擔(dān)責(zé)任,由用戶自行承擔(dān)費(fèi)用。

在更換繞組前GE公司提出需要試驗(yàn),我國(guó)的預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程則沒(méi)有要求進(jìn)行試驗(yàn)。但發(fā)電機(jī)發(fā)生故障需要更換繞組時(shí),一般都會(huì)進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)故障線棒,有可能發(fā)現(xiàn)其他繞組絕緣薄弱的部分。試驗(yàn)電壓見國(guó)內(nèi)電機(jī)制造廠新線棒下膛前膛內(nèi)老線棒交流耐壓,國(guó)內(nèi)規(guī)程在這點(diǎn)上沒(méi)有指出,但國(guó)內(nèi)電機(jī)制造廠都給出了自己的廠家標(biāo)準(zhǔn)。因此,在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中,還是會(huì)在更換繞組前進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

2.2 直流耐壓與直流泄漏試驗(yàn)

直流耐壓與直流泄漏試驗(yàn)?zāi)苡行У匕l(fā)現(xiàn)端部絕緣損壞及受潮現(xiàn)象。由于發(fā)電機(jī)端部引線物理結(jié)構(gòu)不是均勻分布,在直流高壓電場(chǎng)作用下端部彎曲部分等產(chǎn)生的不均勻電場(chǎng)強(qiáng)度高,故較容易發(fā)現(xiàn)絕緣薄弱處。

GE公司把直流耐壓試驗(yàn)列為絕緣驗(yàn)證試驗(yàn)之一,認(rèn)為工頻交流耐壓、0.1Hz的低頻交流耐壓(國(guó)內(nèi)這種試驗(yàn)方法已經(jīng)日益增多)與1.7倍工頻交流耐壓值(模擬交流峰值)的直流耐壓(2.25倍的額定線電壓)三者結(jié)果都能認(rèn)可(當(dāng)然工頻交流耐壓最有效)。而國(guó)內(nèi)直流耐壓與直流泄漏試驗(yàn)一般同時(shí)進(jìn)行,交接時(shí)試驗(yàn)電壓為3U(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)),完全更換繞組時(shí)為3U,部分更換繞組時(shí)為2.5U,大、小修前后時(shí)為2U。試驗(yàn)時(shí)采用0.5U的步長(zhǎng)升壓并記錄泄漏電流。國(guó)內(nèi)的預(yù)防性規(guī)程要求發(fā)電機(jī)每年都要進(jìn)行直流泄漏和耐壓試驗(yàn),但GE公司并不這么認(rèn)為,主要原因如下:

(1)目前GE公司生產(chǎn)的氫冷發(fā)電機(jī),定子繞組的絕緣材料是環(huán)氧粉云母,云母絕緣系統(tǒng)由幾層半重疊式包在線棒上的云母帶組成,然后在真空下烘干并浸漬環(huán)氧樹脂,在線棒浸漬以后,再在壓模中裝夾成所需要的形狀,放在烘爐中固結(jié)。云母絕緣系統(tǒng)是定子線棒絕緣的主“對(duì)底絕緣層”。由上述方法形成的產(chǎn)物,在整個(gè)運(yùn)行溫度范圍內(nèi)具有較高的抗拉強(qiáng)度,是一種高密度、高絕緣強(qiáng)度系統(tǒng)。因此,GE公司認(rèn)為,定子絕緣采用這種材料和工藝基本上不吸潮,不會(huì)產(chǎn)生由水分引起的泄漏電流。

(2)鐵心部分的線棒外包一層玻璃絲保護(hù)帶,以保護(hù)線棒云母帶絕緣層在槽中免受磨損。用一種弱導(dǎo)電性的物質(zhì)浸透,可防止槽部放電和減少電暈放電。線棒的端部線匝用玻璃纖維綁帶緊緊捆牢,綁帶支承在壓制的夾布膠木支承上。玻璃纖維綁帶、齒壓板等都用熱凝樹脂黏結(jié)住。電樞導(dǎo)體組件由壓到燕尾槽中的膠木楔塊固定在線圈槽中。這種固定工藝使發(fā)電機(jī)開機(jī)和故障電流產(chǎn)生的電動(dòng)力對(duì)端部絕緣的磨損減小。如果端部有明顯的位移和磨損,打開端蓋時(shí)目測(cè)也會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。同時(shí),由于發(fā)電機(jī)定子繞組采用的是氫氣冷卻,氣體相當(dāng)干燥,繞組不易受潮,即使絕緣中存在故障,在非常干燥的氣體中也不會(huì)有明顯的泄漏電流。因此,直流泄漏試驗(yàn)將可能無(wú)法判斷出氫冷發(fā)電機(jī)的線圈故障。

因?yàn)榻^緣在正常情況下不易受潮,進(jìn)行直流測(cè)試意義不大,所以,GE公司堅(jiān)持在保修期內(nèi)不進(jìn)行直流泄漏和直流耐壓試驗(yàn),認(rèn)為進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)會(huì)影響絕緣,同時(shí)直流泄漏試驗(yàn)無(wú)法有效判斷出氫冷發(fā)電機(jī)的線圈故障。

3 結(jié)論

(1)在交接投運(yùn)時(shí),GE公司提供了出廠工頻交流耐壓試驗(yàn)報(bào)告,同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)因素,交接時(shí)未進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)和直流泄漏與直流耐壓試驗(yàn)。

(2)發(fā)電機(jī)每年停機(jī)小修時(shí),定子繞組不做直流泄漏和直流耐壓試驗(yàn)。如發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中受到暫態(tài)故障、過(guò)電壓涌流后,需做直流泄漏和直流耐壓試驗(yàn)進(jìn)行絕緣分析。

(3)測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣和極化指數(shù),認(rèn)真積累發(fā)電機(jī)定子的極化指數(shù)和絕緣數(shù)值,是氫冷發(fā)電機(jī)定子絕緣工作的重點(diǎn)。