同步发电机试验方法（三）
12. 水内冷定子绕组充水或通水情况下直流电压试验
12.1 水内冷发电机定子绕组结构
对于水内冷的定子绕组，冷却水由端部进水总管经塑料王（聚四氟乙烯）水管引入各个线圈的鼻部，热水从另一端（或另一个线圈）的线圈鼻部经塑料王水管引入出水总管，发电机引出线的出水（或进水）也有一个总管。大型发电机的进、出总管分别位于定子的两端，小型发电机的进、出总管也有位于定子同一端的。定子汇水总管固定在定子端部，为圆形，通称为汇水环或汇水管。
为了方便进行高压试验，三个汇水管与外部水管是绝缘的（通过绝缘法兰对接）。运行中必须将三个汇水管可靠接地，防止汇水环上产生高电压而击穿。
图12-1 水内冷定子水路图
图12-2 水内冷汽轮发电机定子
12.2 概述
在吹干水的情况下，试验方法与一般空冷电机相同，但将定子绕组中的水吹干在实际操作中比较困难，如果水吹不干在高电压下容易将绝缘水管损坏，很不安全。
在定子绕组充水或通水的情况下，内冷定子绕组交流电压试验可按常规方法进行，因为水电阻电流与绝缘的电容电流相比小得多，而且是按相量的关系相加，可以勿略不计。而在直流电压试验中，水电阻电流比绝缘的泄漏电流大得多，必须采取特殊的试验接线将水电流排除掉。
12.3 定子绝缘电阻测量
12.3.1 测量原理
测量原理见图12-3。
图12-3 水内冷定子绕组绝缘电阻测量原理图
图中RF、RU组成分压器，用于测量试验电压；RI为绝缘泄漏电流测量电阻；R1为绕组对汇水环的水电阻；R2为汇水环对地的水电阻。
从测量原理上与普通的兆欧表相同，兆欧表的屏蔽端子必须接到汇水环上。所不同的是：
(1) 兆欧表需要提供流向水电阻的电流。假如水电阻为100kΩ，试验电压为2500V，那么流过水电阻的电流就是25mA，而一般的数字兆欧表短路电流只有几mA。所以测量水内冷绕组绝缘电阻的兆欧表必须能输出足够大的电流；
(2) 由于汇水环对地水电阻R2只有几kΩ～几十kΩ，为了保证绝缘的泄漏电流大部分流入测量电阻RI，就要求RI (3) 由于冷却水与金属导体之间会产生极化电势，虽然极化电势很小，但由于RI上的信号也很小，所以极化电势会影响测量结果。在专用的兆欧表中应有相应的极化电势补偿电路。
12.3.2 测量方法
(1) 如果在充水的情况下测量，水质应达到运行要求，如果吹干水后做试验，必须将水彻底吹干；
(2) 如果充水试验，应首先测量并记录绕组对汇水环以及汇水环对地的绝缘电阻；
(3) 采用2500V兆欧表测量，分别测量15s和60s的数据，测量前后应将三相对地短路5min以上。
(4) 如果吸收比不合格或绝缘电阻不合格，可增加测量极化指数，即测量1min和10min的数据，根据测量结果作进一步的分析。
12.3.3 水内冷定子绕组绝缘电阻测量中常见问题
(1) 汇水环对地短路：如果是金属性对地短路，此时RI上没有电流流过，这时所测数据是一个无穷大的假数据，而且没有吸收现象；如果是不完全接地，所测得的也是一个偏大的绝缘电阻，而且由于极化现象出现负的增长（吸收比小于1）。
(2) 与汇水环联接的导线断开：这时所测得的数据实际上就是水的电阻，没有吸收现象。
(3) 测量前后没有充分放电：假如三相绝缘电阻是平衡的，换相后测量结果是偏小。为了防止出现这种情况，每相测量前后必须将三相同时对地短接放电5分钟以上。
12.4 水内冷定子绕组直流电压试验
直流电压试验的原理见图12-4，与绝缘电阻的测量相类似。被试相为A相，流入冷却水电阻RSA的电流进入汇水环后通过电流表A2回到升压变的X端子；而流入对地绝缘电阻和相间绝缘电阻的电流流入大地后通过电流表A1和汇水环对地水电阻RS2进入汇水环再回到试验变压器的X端子，如果RS2＞A1的内阻，则流入RS2的电流就可以忽不计，可认为A1指示的电流就是绕组的直流泄漏电流。
测量方法和过程与空冷发电机相同，为了防止绝缘击穿时打坏微安表A1，在升压过程中和读完数据后应合上短路开关K。
图12-4 水内冷定子直流电压试验原理（A相试验）
12.5 定子绕组端部电位外移试验
12.5.1 试验目的
检查手包绝缘是否良好，水电接头是否存在渗漏的问题。绝缘良好时，直流电压基本上降落在绝缘层上，表面电位很低（绝缘良好时只有几伏），如果绝缘不好，表面电位就会明显增大，这就是所谓的电位外移。
12.5.2 试验前准备工作
(1) 发电机进行水压试验并合格，水质应符合要求，电导率应不大于1.5 μs/cm。
(2) 清洁端部线圈模压绝缘表面，为了保证测量的灵敏度，手包绝缘及绝缘盒不用进行清洁处理。
(3) 汽侧、励侧两端的接头分别进行编号。
(4) 在接头的手包绝缘及过渡引线并联块等部位包上一层铝箔，但在靠近塑料王管的地方保留50mm的距离不包铝箔，以免引起缝隙放电及损坏塑料王管。
(5) 为了便于测量，定子首尾出线手包绝缘的铝箔电极可用绝缘导线引出到方便测量的位置，并标好相别。
(6) 按图12-5或图12-6接好试验电路。
12.5.3 测量步骤
(1) 用2500伏兆欧表测量所测部位的绝缘电阻，作好记录；
(2) 在发电机定子上外加等于额定电压的直流电压；
(3) 按编号用测量杆逐点测量各测量点的泄漏电流，作好记录。
表面电位=微安表读数×测量杆电阻 (12.1)
(4) 测量完毕将试验电压降为零，定子绕组对地充分放电。
(5) 为了便于比较，规程规定测量杆的电阻统一为100 MΩ。
图12-5 发电机定子表面电位测量接线图
图12-6 出线接头手包绝缘表面电位测量
13. 发电机定子接地点的查找方法
13.1 高阻性接地故障点的查找
接地电阻视不同情况可能在几kΩ～几十MΩ以上，可根据不同情况采用以下方式进行查找。
(1) 兆欧表法
采用兆欧表查找故障点时，必须是兆欧表的电压足以使故障点击穿。可根据实际情况选用不同电压等级的兆欧表。当故障部位是在槽外时，可以通过故障部位的放电声和放电火花确定故障部位。
(2) 高压直流法
其原理与兆欧表法相似。接线方法与一般直流耐压试验相同，但要在高压输出回路中串接限流电阻，防止直流高压发生器过载。
(3) 高压脉冲法
利用电容充电和放电间隙产生高压脉冲，脉冲的幅值以及间隙的放电电压应大于故障点的击穿电压，通过故障点的放电声和火花确定故障点。试验接线如图13-1，通过调整限流电阻R的阻值和充电电压可以调节脉冲的频率，调节间隙的大小可以调节放电电压。
图13-1 高压脉冲法接线图
(4) 高压交流法
这种方法是利用高压交流电压将故障点击穿并流过一定的电流，由于电流的热效应使击穿点绝缘烧焦冒烟，根据冒烟部位确定故障点。试验接线与常规交流耐压法相同（不宜采用串联谐振法），在试验回路中串接限流电阻或电抗器防止电流超过5A。由于绝缘已经击穿，所能施加的电压一般都不高，应以击穿电压的大小来估算限流电阻值或限流电抗值。
13.2 低阻性或金属性接地故障点的查找
当故障点已经形成低阻性或金属性接地时，用上述方法一般不能查出故障点，此时可以偿试以下查找方法。
(1) 低压交流法
低压交流法也是利用电流的热效应使故障点的绝缘烧焦冒烟，通过冒烟点确定故障点。试验接线如图13-2。调压器的容量在2kVA左右即可，限流电阻可用1～2kW的电炉代替，施加电流不宜超过5A。
图13-2 低压交流法
(2) 开口CT或开口变压器探测法
其接线方法与低压交流法相似，如图13-3所示。在正式试验前必须先根据电机的定子绕组接线图确定故障相所属的槽号和端部绕组，并做好标记。查找时，调节调压器，使回路电流在0.5～1A左右，然后用开口CT或开口变压器探测绕组槽部或端部的感应电流或电压，当电流或电压突然变小时，就是故障点所在线圈的位置。
为了准确确定故障点，可以分别从出线端和中性端加压，根据两次探测结果定位故障点。这种方法也可在高压交流法中应用，但是由于接地电阻太大时，接地点后面的绕组仍然会有电容电流，接地电阻大到一定程度时，接地点前后的电流或电压变化就会不明显，造成判断困难。
图13-3 开口CT探测法
14. 发电机转子接地故障点的查找
14.1 转子接地故障概述
按接地故障的特点，可以分为以下几类：
(1) 高阻性接地，
(2) 低阻性接地或金属性接地；
(3) 稳定接地，转子接地与其它因素无关；
(4) 不稳定接地。不稳定接地又分为以下几种：
a. 在高转速下才出现接地，这种接地与离心力有关，接地部位通常发生在外圆，如护环下或槽楔下或外圆的引线等；
b. 在低转速下出现接地，高转速下接地现象消失，这种接地往往发生在槽底或靠近内圆的部件，这种接地故障的查找与稳定接地相同；
c. 温度升高后接地，这种接地与转子绕组的热膨胀有关，多发生在绕组的端部；
d. 接地的出现与转速和温度的升高均有关，故障部位多发生在靠近外圆的端部绕组。
14.2 转子接地故障点的查找
(1) 直流压降法
直流压降法的原理如图14-1所示，可在运行情况下出现接地时分别测量正滑环或负滑环的对地电压U1和U2和正负滑环间的电压U。对于稳定接地故障，也可以在停机状态外加直流电压进行，例如用变压器直流电阻测试仪或开关回路电阻测试仪的大电流档作为试验电源，用数字万用表测量电压。
图14-1 直流压降法示意图
经推导后有如下关系：
(14.1)
(14.2)
当接地电阻R较小，而且电压表内阻足够大时，U1+U2≈U
式中，X、X1、X2可根据实际情况定义，可以是磁极数，也可以是匝数，还可以是长度。
例：某水轮发电机转子共有96个磁极，转子出现接地时，测量得U1为30V，U2为60V，求接地位置。
解：此时X=96，根据式（14.1）计算：
即：接地点位于距正滑环32～33个磁极之间。
如果确定了接地的磁极，也可以用同样的方法确定接地点位于那一匝，此时直流电压加在单个磁极的首尾端，X为磁极的总匝数。
(2) 兆欧表或高压直流法
对于高速和高温下才出现的转子接地，说明故障部位与地之间间隙很小，在高电压下有可能会击穿放电。通常测量转子的绝缘电阻采用500伏的兆欧表，查找故障点时可用2500伏兆欧表，或用直流高压发生器升压。应注意的是，所施加的直流电压不宜大于10倍额定励磁电压。在加压时，如果故障点击穿（泄漏电流增加或绝缘电阻上不去），可根据放电声和火光判断故障点。
(3) 分段法
当转子存在多点接地时，用压降法计算出来的接地位置是虚假的，此时可将转子绕组分段，结合压降法逐段排除。
来源：恒盛兴电力
