大型蒸發冷卻發電機定子繞組絕緣電阻測試及分析

熊 舟，何 強，趙世海，呂曉雯，焦東圍

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發電廠，湖北省宜昌市 443133）

0 引言

測量絕緣電阻有助于發現電氣設備中影響絕緣的異物、絕緣受潮和臟污、絕緣油嚴重劣化、絕緣擊穿和嚴重熱老化等缺陷[1]。發電機在投運前必須進行定子繞組絕緣電阻測量試驗，準確測量發電機定子繞組的絕緣參數，對于發電機能否投入運行以及日后的安全穩定運行都非常重要[2]。某電站安裝了2 臺700MW 蒸發冷卻機組，機組號分別為27F、28F，2022 年11 月21 日，測量27F 定子繞組絕緣電阻時，發現測量值偏低，定子繞組絕緣電阻為4.07MΩ，吸收比為1.04，不滿足規程要求[3]。

1 發電機定子繞組蒸發冷卻系統

發電機定子繞組采用定子線棒密閉自循環蒸發冷卻，按照冷卻介質的流動方向，主要為：回液管、下集液環管、下絕緣引流管、定子線棒、上絕緣引流管、上集汽環管、上導流管、冷凝器，以及管路內部充入適量的冷卻介質等，同時各冷卻單元通過冷凝器上部的均壓管連接成整體，形成蒸發冷卻循環回路[4][5]，如圖1 所示。

圖1 蒸發冷卻系統結構圖Figure 1 Structure chart of evaporative cooling system

其中，上集汽環管通過與上導流管的法蘭處辮子接地，下集液環管通過引出線接至下風洞接地銅排處，如圖2 所示。

圖2 上、下環管接地圖Figure 2 Structure chart of ground connection of the upper and lower ring pipe

2 定子繞組絕緣電阻測量原理

蒸發冷卻系統采用絕緣性能好的冷卻介質，測量定子繞組絕緣電阻時，測量方法分為不接屏蔽端測量和接屏蔽端測量兩種。

2.1 不接屏蔽端定子繞組絕緣電阻測量原理

當上集汽環管、下集液環管不接儀器屏蔽端時，測量原理圖如圖3 所示，Rx為定子繞組絕緣電阻，Ry上為定子繞組對上集汽環管絕緣電阻，Ry下為定子繞組對下集液環管絕緣電阻，Ry上、Ry下的大小會影響到絕緣電阻測量的準確度。

圖3 不接屏蔽端定子繞組絕緣電阻測量原理圖Figure 3 Schematic diagram of measurement of insulation resistance of stator winding without connecting shielding terminal

2.2 接屏蔽端定子繞組絕緣電阻測量原理

接屏蔽端時，一般采用低壓屏蔽法[6]，由于發電機定子繞組存在冷卻系統，測量定子繞組絕緣電阻時，一部分電流Ix流過定子繞組，另一部分電流Iy上、Iy下流過冷卻介質，若幾者混合在一起，則不能準確測量定子繞組的絕緣電阻，因此，必須采用低壓屏蔽法將兩者電流區分開來[7]。

當上集汽環管、下集液環管接儀器屏蔽端時，測量原理圖如圖4 所示，RH上為上集汽環管對地電阻，RH下為下集液環管對地電阻。由于微安表與環管的對地電阻RH上、RH下并聯，微安表上的讀數實際小于IX，這說明RH上、RH下的大小會影響到絕緣電阻測量的準確度。

圖4 接屏蔽端定子繞組絕緣電阻測量原理圖Figure 4 Schematic diagram of measurement of insulation resistance of stator winding with connecting shielding terminal

3 分析處理過程

影響定子絕緣電阻測量的因素主要有溫濕度、連接設備、表面臟污、蒸發冷卻介質等。

3.1 溫濕度的影響

一般情況下，絕緣電阻隨溫度升高而降低?？諝庀鄬穸仍龃髸r，絕緣物表面會吸附許多水分使表面電導率增加，絕緣電阻降低。當絕緣物表面形成連通水膜時，絕緣電阻更低[8]。測量27F 發電機定子絕緣電阻時，發電機下風洞內排水溝有積水，將積水清理干凈后并將風洞機坑加熱器投入運行，運行兩天后再進行測量，定子絕緣電阻測量值仍為4MΩ（溫度25℃，濕度30%），溫濕度不是27F 發電機定子絕緣電阻測量值偏低的影響因素。

3.2 連接設備的影響

測量定子繞組整體對地絕緣電阻時，測量值包括發電機、封閉母線、勵磁變壓器等連接設備的絕緣電阻，連接設備的絕緣情況對測量值影響很大。將相關設備斷引后測量絕緣電阻，見表1，連接設備不是27F 發電機定子絕緣電阻測量值偏低的影響因素。

表1 連接設備斷引后絕緣電阻測量值Table 1 Measured value of the insulation resistance with equipment disconnection

3.3 表面臟污的影響

電力設備的表面臟污使設備表面電阻大大降低，絕緣電阻顯著下降[9]。對27F 發電機定子繞組端部進行清洗后測量絕緣電阻，測量值見表2，定子繞組端部清洗前后絕緣電阻測量值基本一致，表面臟污不是27F 發電機定子絕緣電阻測量值偏低的影響因素。

3.4 蒸發冷卻介質的影響

由圖1 可知，蒸發冷卻介質流過整個測量回路，會影響定子絕緣電阻測量結果，充液狀態下時，測量Ry上、Ry下，測量值見表3，不接屏蔽端時，由于Ry下較低，導致Rx較低。Ry上、Ry下差異較大，是由于充液時冷卻介質未完全充滿回路，上絕緣引流管、上集汽環管內無介質。

接屏蔽端時，RH上、RH下的大小會影響到絕緣電阻測量的準確度，絕緣兆歐表準確測量要求Ry上、Ry下均不小于28.5kΩ，RH上、RH下均不小于3kΩ。測量RH上、RH下的值，RH上為70kΩ，RH下為0Ω，下集液環管存在接地情況，定子繞組絕緣電阻測量值實際為Ry下的值，無法反映發電機定子繞組真實絕緣情況。

對下集液管接地點進行處理，重新墊上NOMEX 紙，如圖5 所示，處理完后測量下集液環管對地電阻為60kΩ，滿足儀器測量條件。

圖5 下集液管接地點處理Figure 5 Treatment of ground connection of the lower ring pipe

采取接屏蔽端和不接屏蔽端兩種方法分別測量定子繞組絕緣電阻，同時為了研究冷卻介質對測量值的影響，對定子繞組進行排液后再分別進行測量，測量值見表4，冷卻介質對定子繞組絕緣電阻測量值有影響。

表4 不同測試條件下27F 定子繞組絕緣電阻測量值Table 4 Measured value of the insulation resistance of 27F stator winding under different test conditions

為進一步研究冷卻介質的影響，在同類型機組（28F）進行對比試驗，試驗數據見表5、表6。

表5 不同測試條件下28F 定子繞組絕緣電阻測量值Table 5 Measured value of the insulation resistance of 28F stator winding under different test conditions

表6 Ry 下及RH 下測量對比試驗Table 6 Measurement comparison test of Ry 下 and RH 下

通過冷卻介質對比試驗，兩臺機組差異不大，介質試驗數據均滿足標準要求（見表7）[10]。在充液狀態下，不接屏蔽端時，27F 定子繞組絕緣電阻測量值為10.4MΩ，28F 定子繞組絕緣電阻測量值為172MΩ，二者差距較大，在排液狀態下，二者差異不大，后續進一步研究不接屏蔽端時兩臺機組定子繞組絕緣電阻測量值差異較大原因。

表7 冷卻介質對比試驗Table 7 Contrast test of cooling medium

4 結論

本文結合發電機定子繞組蒸發冷卻系統組成，提出了不接屏蔽端和接屏蔽端兩種測量發電機定子繞組絕緣電阻測量方法，通過同類型機組對比試驗，在充液狀態下，為準確測量定子繞組絕緣電阻，建議采用接屏蔽端方式進行測量。