国产300MW水内冷发电机大修绝缘试验_湘电集团有限公司_湘潭电机股从限公司

辽宁华电铁岭发电有限公司现有四台国产300MW水内冷发电机组。在2007年我公司对4号发电机进行了现场大修，由于该发电机定子铁芯在2003年大修中通过铁损试验发现多点过热情况，尤其汽励两端特别严重。因此对4号发电机定子汽、励两铁芯进行了更换。在本次大修中为检验发电机定转子现在的状况，并结合《电力设备预防性试验规程》及《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》，我公司对该发电机进行严格的检查和测试，试验情况汇报如下。
一． 4号发电机主要技术数据
额定容量 353MVA 转子电压 365V
额定功率 300MW 转子电流 2642A
额定电压 20000V 冷却方式水氢氢
额定电流 10190A 转速 3000r/m
功率因数 0.85 频率 50Hz
表1
二．主要试验项目
1《电力设备预防性试验规程》要求项目
1）定子绕组的绝缘电阻、吸收比2）定子绕组的直流电阻3）定子绕组泄漏电流和直流耐压试验4）定子绕组交流耐压试验5）转子绕组的绝缘电阻6）转子绕组的直流电阻7）定子铁芯试验8）转子绕组的交流阻抗和功率损耗9）定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量10）空载特性曲线及三相稳定短路特性曲线
2.《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》
1）发电机定子绕组端部振型模态试验2）发电机转子剩磁试验
三.试验情况
1.发电机定子绕组绝缘电阻、吸收比
使用水内冷绝缘电阻测试仪在内冷水电导率1.0×102μS/m以下时进行单相绕组试验测量。其试验值应与上次试验值无明显变化，吸收比根据经验值应在1.3以上。
2.定子绕组泄漏电流和直流耐压试验
为准确检查发电机端部绕组的绝缘情况，应在停机后清除污秽前热状态下进行，同时应在充氢后氢纯度为96%以上或排氢后含氢量在3%以下时进行，严禁在置换过程中进行试验试验。
试验标准：在大修前的试验标准为2.5Un。在大修后试验标准为2.0Un。
判断依据：电压按每级0.5Un分阶段升高，每阶段停留1min分别读取泄漏电流。在规定试验电压下，各相泄漏电流的差别不应大于最小值的100%；最大泄漏电流在20μＡ以下者，相间差值与历次试验结果比较，不应有显著的变化。泄漏电流不随时间的延长而增大。
试验接线：水内冷方式定子绕组直流耐压试验一般均在通水状态下进行，试验采用低压屏蔽法，基本接线如图1所示，此项试验对发电机定子绕组能有效地发现其端部缺陷，特别是对一些尚未完全贯通的集中性缺陷的发现有着明显的效果。
图1低压屏蔽法基本接线
试验结果如下：
直流耐压及泄漏电流
试验日期 2007.8.6 试验性质大修前温度 31℃ 湿度 55%
泄漏试验
电流电压
相别 uA 0.5UH
（KV） 1.0UH（KV） 1.5UH
（KV） 2.0UH（KV） 2.5UH
（KV）
A mA 10 20 25 30 40
uA 25 35 50 85 100
B mA 5 20 30 40 45
uA 20 40 60 85 100
C mA 5 15 25 30 40
uA 20 35 50 85 100
结论合格
表2
根据试验数据分析，该台发电机定子绕组端部无绝缘问题。
3.定子绕组交流耐压试验
在直流耐压合格后，为检查定子绕组直线段的绝缘情况，我们进行了交流耐压。
试验标准：为1.5Un
判断依据：在耐压过程中无异常声响、气味、冒烟以及仪表摆动等现象，可认为绝缘耐受住了试验电压的考验。
由于发电机的容量比较大，需要的耐压试验仪器容量很大，在现场造成很大的不便。为解决该问题我们采用了串联调感谐振法，即在试验回路中串进一可调电感，通过调整电感与绕组电容产生电压谐振。这样可以减小试验设备容量，方便了现场试验。
试验接线如图2所示
图2交流耐压试验接线
试验结果如下：
交流耐压
试验日期 2007.8.6 试验性质大修前温度 31℃ 湿度 55%
相别
成绩
项目 A B C
试验电压（KV） 30 30 30
电容电流（A） 1.8 0.75 1.8
结论合格
表3
通过试验数据分析，该发电机通过了交流耐压试验。通过经验分析定子绝缘一般能维持一个大修周期的安全运行。
4. 定子绕组的直流电阻
试验标准及判断依据：汽轮发电机各相或各分支的直流电阻值，在校正了由于引线长度不同而引起的误差后相互间差别以及与初次(出厂或交接时)测量值比较，相差不得大于最小值的1.5%。汽轮发电机相间(或分支间)差别及其历年的相对变化大于1%?时应引起注意。
试验结果如下：
2007年8月23日温度：28℃湿度：45%
相别实测值折算值(Ω)20℃ 上次折算值20℃ 互差%
A 0.002045 0.001983 0.001992 0.45
B 0.002032 0.001970 0.001981 0.55
C 0.002038 0.001976 0.001986 0.50
互差 0.64%
表4
通过试验数据分析，发电机定子绕组直流电阻试验结果合格
5.转子绕组的直流电阻
试验标准：与初次(交接或大修)所测结果比较，其差别一般不超过2%
试验结果如下：
2007年9月6日温度：25.5℃湿度：50.4%
实测值(Ω) 折算值(Ω)20℃ 上次折算值20℃ 互差% 结论
0.1025 0.1003 0.1006 0.31 合格
表5
5. 转子绕组的绝缘电阻
试验标准：水内冷转子绕组绝缘电阻值在室温时一般不应小于5kΩ
试验结果如下：
转子线圈绝缘电阻测定
绝缘电阻 75℃绝缘电阻结论
100MΩ 13MΩ 合格
表6
7.定子铁芯试验
由于我公司在上次大修中更换了部分铁芯，而该机组在运行中的振动比较大。所以我们与辽宁电科院高压所密切配合，进行发电机定子铁芯1.4T下的铁损试验。
试验标准：磁密在1.4T下齿的最高温升不大于25K，齿的最大温差不大于15K，单位损耗不大于1.3倍参考值。
试验接线：根据发电机铁损试验磁密的计算结果，我们用绝缘等级为6千伏、线径为90mm2的多段连接试验电缆为铁损试验的励磁线圈，穿过发电机膛内的匝数为9匝。为保持磁通在发电机膛内的均匀分布，我们在保证磁通方向的前提下，将励磁线圈分别缠在发电机膛内的两侧。对测量线圈我们采用绝缘等级为1000伏高压绝缘线在发电机膛内缠3匝后，接专用试验测量电压互感器。
图3定子铁芯试验接线图
在试验中发现汽侧46、47槽间齿，轴向位置3号铁心段处温度高达125.6℃；励侧23、24槽间齿，轴向位置第一段风区隔板螺丝温度为46.1℃，均超过温度限值。及时通知相关检修班组处理，处理后进行第二次铁芯的铁损试验，试验结果最高齿温升为14.1K，冷热齿温差为9.7K，均在标准规定的允许范围内。
铁损试验热成像图如下：
图4定子铁心试验图片
8.转子绕组的交流阻抗和功率损耗
试验标准：阻抗和功率损耗值自行规定。在相同试验条件下与历年数值比较，不应有显著变化。
试验数据如下：
2003年4号发电机转子交流阻抗（膛外）
电压电流功率阻抗
220V 35A 5200W 6.3欧
表7
2007年4号发电机转子交流阻抗（膛外）
电压电流功率阻抗
220V 37.5A 5400W 5.87欧
表8
经比较交流阻抗值有所下降，判断转子绕组有匝间短路现象。为此又测量转子电压分布，数据如下：
内环极电压：114V外环极电压：103V
两极压差达到11V，根据经验值一般压差超过3V，发电机转子发生绕组匝间短路的概率很大。后又采用定位法即单开口变压器法对转子进行匝间短路试验，确定#8线圈存在匝间短路故障，经扒励侧护环对转子#8线圈进行了检查处理后，经测试匝间短路故障消除。
通过此次试验，解决了4号发电机转子匝间短路故障，消除了发电机在运行中因匝间短路引起的振动增大和影响出力问题。为4号发电机安全稳定运行提供了保证。
图5、图6为4号发电机转子扒护环后照片
图5
图6
同时通过此次试验数据分析，我们认为单一采用转子交流阻抗试验对发现转子匝间短路不够准确，还应该采用转子极间压降法和单、双开口变压器测试法进行试验。其灵敏性和准确度远远高于单一交流阻抗测试法。
9.定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量
试验标准：1.手包绝缘引线接头，汽机侧隔相接头泄漏电流不大于20μA；100MΩ电阻上的电压降值不大于2000V。2.端部接头(包括引水管锥体绝缘)和过渡引线并联块泄漏电流不大于30μA；100MΩ电阻上的电压降值不大于3000V。
我厂4号发电机定子绕组电位外移试验结果显示，在直流电压为20KV下最大的数值为：B相出线套管泄漏电流为10.8μA，电压值为1000V，均在试验标准规定范围之内。
10.空载特性曲线及三相稳定短路特性曲线
试验标准：与制造厂（或以前测得的）数据比较，应在测量误差的范围以内。
试验结果：经与上次大修后试验的4号发电机空载特性曲线及三相稳定短路特性曲线相比均无明显变化，试验合格。
11.发电机定子绕组端部振型模态试验
为落实《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》及针对我厂机组震动比较大的情况，我公司请辽宁电科院高压所对发电机定子绕组端部进行了端部振型模态试验。
试验标准：发电机冷态下定子绕组端部如存在椭圆型振型且自振频率在94～115Hz范围内为不合格。
试验结果：我公司4号发电机通过试验已对部分出现松动和磨损的引线进行加固处理，并接受辽宁电科院高压所建议在以后检修期间继续进行端部振动特性试验。通过此项试验，消除了主设备的隐患，为机组的安全稳定运行提供了有力的保证。
12.根据《防止电力生产重大事故的而十五项重点要求》规定在检修中发现转子磁化，应进行退磁处理。我公司4号发电机转子在大修中经测试转子剩磁超标，数据如图所示：（单位：高斯轴向/径向）
汽侧励侧
41/3538/30
36/4243/3743/3536/35
42/3630/36
图7
根据我公司的实际情况和现有试验设备，采用直流退磁法。在发电机转子上缠绕退磁线圈，退磁电源用直流电焊机（工作电流150A），
电气接线图如下：
mV
FL
图8退磁接线图
退磁安匝估算：
lw===25477安匝
如最大退磁电流为100A，则总退磁匝数需要250匝（抽出转子后，再根据实测数值对汽侧及励侧轴头所绕匝数进行校核）。用25平方绝缘电缆沿轴相关部位密集均匀地缠绕，如图所示。
图9退磁线圈绕制图
经退磁处理后，转子各部位剩磁降到2高斯以下，在合格范围以内。通过试验证明国产300MW机组进行直流退磁，一般部件可以剩磁到2高斯以下，为今后其他机组的退磁提供了依据和经验。
以上是我公司4号发电机大修绝缘试验情况，结合历年的试验情况对300MW水内冷发电机的大修试验有如下几点建议：
1.对于发电机转子匝间短路故障的查找方法，除采用转子交流阻抗法外，建议开展转子极间电位和单、双开口变压器法。
2.我公司4台300MW发电机在历年检修当中均出现过转子剩磁超标现象，因此建议同类型机组在今后检修中应开展发电机转子剩磁的测试及退磁处理工作。
3.重视发电机定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量试验，为发电机查漏工作提供依据。
4.通过对我厂四台发电机铁芯进行的铁损试验表明，由电科院高压所进行的1.4特斯拉下铁损试验可以准确快速的发现铁芯过热故障，对保证发电机的安全稳定运行提供可靠保证。因此建议同类型机组在今后检修中应开展此项试验
5.发电机端部振型模态试验可有效发现定子绕组端部问题。对震动较大发电机，应及时进行端部振型模态试验，必要时可缩短周期进行跟踪检查，以确保发电机的安全稳定运行。

快速链接：湘电集团有限公司湘电股份有限公司湘电风能有限公司湘电新能源有限公司湘电长沙水泵厂湘潭电机厂