同步发电机试验方法（一）
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）等。
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。
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。
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
(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
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
4. 绝缘电阻测量
4.1 试验目的
检查发电机绝缘是否存在受潮、脏污、机械损伤等问题。
4.2 定子绝缘电阻测量
测量接线如图4-1，电机额定电压在1000V以上者采用2500V兆欧表，测量15s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。
图4-1 定子绝缘电阻测量
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
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是选择数字兆欧表的参考数据。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/μF | 0.5 | 1 | 2 | 3 | 5 | |
测量吸收比 | ID/mA≥ | 1 | 2 | 4 | 5 | 10 |
测量极化指数 | ID/mA≥ | 0.25 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2.5 |
(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。
图4-2 绕组相间电容对绝缘电阻测量的影响
(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
(4) 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。
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。
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。
典型的汽轮发电机轴承绝缘结构如图4-4所示，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。
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100MΩ。
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。
图4-4 汽轮发电机典型的轴承绝缘结构
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。
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快速测试仪进行测量。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
(3) 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。
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
(1) 对检出绕组端部绝缘缺陷有较高灵敏度
在交流电压下和直流电压下电机端部绝缘的电压分布如图6-1所示。
在交流电压下电压的分布与电容有关，由于电机绝缘的介电系数比空气大，而且端部绕组距离铁心远，所以绝缘层的电容Ci比绝缘表面到铁心的电容Cg大得多，绝缘层的容抗比绝缘表面对地的容抗小得多，所以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。
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压较高，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。
图6-1 在交流电压和直流电压下绕组端部绝缘的电压分布
(2) 对绝缘的破坏性较小
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。
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。
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。
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。
6.3 试验方法
一般电机可以使用直流高压发生器进行试验，试验接线见图6-3
(1) 在正式试验前应进行一次空升试验，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。
图6-3 发电机直流耐压试验接线
(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。
(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。
(7) 高压试验应遵守相关的安全工作规定。
来源：恒盛兴电力
