同步发电机试验方法

1、精品资料同步发电机试验方法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:(1.1)60f“土,八、n=（转/分）P同步发电机按其磁极的结构又可分为隐极式和凸极式。止匕外，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

2、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

3、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

4、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15 s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/F0.5

5、1235测量吸收比iD/mA 124510测量极化指数iD/mA 0.250.511.52.52）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。换相前b,换相后-电荷释放b,换相后-极化图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

6、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开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

7、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100MQ。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。绝缘垫片金属垫片绝缘垫片图4.4汽轮发电机典型的轴承绝

8、缘结构4.5 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肢、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

9、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75c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:R75235 75235 t(5.1)式中，R75：换算至75c时的电阻；Rt：温度为tC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

10、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UR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，而直流耐压时导体Ci = Uci外壳b直流电压下端部绝缘表面电压较低，一般不容易看到电晕。a交流电压下图6.1

11、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

12、说K值在1.22.2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1.552.2,并据此制定出交流耐压与直流耐压的标准。以 额定电压为6kV24kV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1.541.84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 X1.54 1.84) Un =( 2.31 2.

13、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发生器进行试验，试验接线见图 6.1定干线圈转子图6.1发电机直流耐压试验接线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分阶段开一次电压， 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。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

14、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7交流耐压试验7.1 常规试验方法由于发电机试验时电容电

15、流通常都比较大，限流电阻和保护电阻的选择应根据实际情况选择, 应保证被试品击穿时过流保护能可靠动作并有足够大的功率，通常是水电阻，可添加食盐调节水 的电阻。图6.2常规交流耐压试验接线限流电阻：由于电流较大，阻值越大，压降越大，损耗也越大，阻值应小于试品的容抗, 而且要有足够大的热容量，通常采用水电阻;铜球保护电阻：为了保证铜球击穿后过流保护装置能够动作，应满足Ut /阻值却作电流。XCUt -I - = CU tXc(Q)(A)(7.1)(7.2)式中，C:绕组对地及相问电容（F）; Xc：容抗（Q）;：角频率，=2,对于工频，f =50 Hz,=3147.2 串联谐振交流耐压试验7.2.1

16、 试验接线7.2.2谐振条件Il=Ic=IXl=XcUl= Uc图7.1变频式串联谐振法交流耐压试验接线(7.3)(7.4)(7.5)式中：Xl=c由于谐振的条件是Xl=Xc,即：c=1/dC,整理后可得谐振条件为:f 二 2二LC(7.6)从上式可知，通过调整电感L或电容C或调整频率f,都可以使试验回路达到谐振的状态。目前电子调频技术已经相当成孰，而且调频试验装置小巧轻便，已经得到广泛的应用。精品资料1.1.3 试验回路的Q值（品质因数）电感线圈的品质因数Ql等于线圈的感抗XL与损耗电阻Rl的比值：QL =遍（7.7）L Rl但在发电机试验回路中，除了线圈的损耗电阻，还存在绕组的绝缘损耗，对

17、水内冷发电机，还存在水电阻引起的损耗。考虑电机绕组损耗后回路的等效Q值为：Q 二一1（7.8）1 tan、Ql国产空冷发电机整相绕组绝缘损耗通常为0.030.06左右，水内冷绕组充水时总损耗可达0.070.12,将这些数据以及Ql90代入上式，可得试验回路的等效Q值为：国产空冷发电机试验：QM0-16国产水内冷发电机试验：Q-610对于串联谐振，Q值也等于试验电压与励磁变输出电压的比值，Q值越大，励磁电压越小, 所需要的试验电源功率越小。1.1.4 串联谐振耐压的优点在谐振状态，回路阻抗为：ZB = R2 XL2 -XC2 R（7.9）R代表试验回路的总损耗电阻。一旦试品击穿，XC变为零，谐振

18、条件被破坏，此时回路阻抗变为：ZB = R2 XL2 - 0 XL（7.10）由于Xl是R的Q倍，所以击穿后回路电流下降到击穿前的Q分之一，不存在过电流的问题， 所以试验比较安全。在进行发电机的交流耐压试验时，为了防止绝缘击穿时由于电流过大而将定子铁芯烧坏（定 子铁芯烧坏后极难修复），通常要求击穿后的短路电流不要大于5A,由于串联谐振法试验在试品 击穿后回路电流会下降，而且试验电压波形较好（电压中的高次谐波不满足谐振条件被抑制），所 以发电机的交流耐压应优先采用串联谐振法。按照国标规定，工频试验电压的频率范围为45Hz65Hz,因此在选择电感时应满足频率的 规定。串联谐振耐压的优点：1）减小升

19、压器输出电压为试验电压的Q份之一，从而减小试验设备容量；2）试品击穿后电流下降为原来的Q份之一，比较安全；3）不需要用接限流电阻（串联谐振法不得串联限流电阻）。7.3 并联谐振交流耐压试验精品资料图7.2并联谐振法交流耐压(7.11)(7.12)(7.13)(7.14)(7.15)并联谐振特点：Uc=Ul = UtXl=XcIl= Ic回路阻抗：ZQXl回路电流：U t U t Il IcI ft-:-Z QX L Q Q并联谐振耐压试验特点:1）试验电流为试品电流的Q份之一，从而减小试验设备容量;2）试品击穿时试验电流可能会增加，过流保护应可靠；3）需要用接限流电阻。7.4 谐振试验时电感或

20、电容的选择前面已介绍通过调节电路的电感、电容或频率都可以使电路达到谐振状态。试验标准规定工 频耐压时的频率范围为45Hz65Hz,在选择电路参数时应满足这一要求。当频率为50Hz、电 容的单位为pF、电感的单位为H时，可按下式估算电感或电容：1010L =或：C = CL(7.16)对于调感或调容装置，可通过微调电感量或电容量使电路达到谐振状态。如果采用调频装置, 估算电感或电容后，再按下式计算实际的谐振频率:(7.17)如果频率落在45Hz65Hz范围内，电感L或电容C就不用再调整，如果频率超过65Hz, 应增加电感量或电容量；如果频率低于45Hz,应减小电感量或电容量8转子交流阻抗测量8.

21、1 试验目的检查转子绝缘是否存在匝间短路的问题。8.2 隐极式转子交流阻抗测量试验经验说明，发电机的转子交流阻抗与试验电压的数值有很大的关系，因此规程中强调转子交流阻抗的测量必须在同一电压下进行，必须同时测量交流损耗，测量接线见图8.1铜电刷滑环图8.1转子交流阻抗测量接线测量注意事项1）试验电压的峰值不宜超过额定励磁电压，最高试验电压为220伏；2）转子交流阻抗的测量分为膛内和膛外两种情况，膛内测量又分为静态测量和动态测量， 膛内测量时，应拆开炭刷，防止灭磁电阻对测量的影响；3）膛外测量时，应注意消除转子支架对测量的影响，转子周围不宜放置铁架、铁板或其它 铁磁材料；4）为了消除剩磁对测量的影

22、响，可以重复测量几次，利用交流电压进行消磁，取重复性较 好的几次结果的平均值作为测量结果。5）动态测量只要求测量超速试验前后额定转速下的数据，如果怀疑转子绕组有动态匝问短 路，可以测量不同转速下的交流阻抗和损耗值。8.3 交流阻抗的计算记录试验中的电压U、电流I、损耗P的读数以及电压表的量程、分度和CT的变比等数据。 电流值和功率损耗均应乘以CT的变比。转子交流阻抗Z、损耗电阻R、感抗X的计算：Z=U(Q)(8.1)P, 、R=y(Q)(8.2)X =JZ2 R2(Q)(8.3)8.4 水轮发电机转子交流阻抗测量水轮发电机转子要求测量单个磁极的交流阻抗。按图8.1接好线后，调节调压器使转子回路

23、 电流保持为恒定值，然后用电压表测量每个磁极的电压降。8.5 数据判断1)隐极转子：与历年数据比较，如果交流阻抗明显减小而损耗明显增加，可怀疑存在匝间 短路的可能，但还要与空载特性、机组的振动情况等进行综合的分析，不宜轻易下结论。动态试 验时，由于转子绕组在离心力的作用下被挤压高度有所减小而且线圈向外圆方向移动，会造成在 一定的转速下阻抗值下降的情况，应视为正常情况。2)水轮发电机转子：当某个磁极中存在匝问短路时，该磁极的电压降就会偏小，而且该磁 极左右两个相邻磁极由于磁路上的联系电压降也会比正常磁极的压降偏低，这种规律可以作为判 断磁极是否存在匝间短路的依据。9发电机短路特性试验9.1 试验

24、目的检查励磁系统及发电机定子或发电机一变压器组一、二次电流回路是否正常9.2 试验方法1）将励磁电源改为他励电源（用临时电缆将厂用电连接到励磁变局压侧）。2）在发电机出口接好短路排（或在主变高压侧接好短路排）；3）按图9.1接好试验线路；4）励磁调节器改为手动调节，并置于输出最小位置；5）退出发电机过流保护，退出强励装置；6）按运行规程启动发电机并维持额定转速，合上励磁开关和灭磁开关；7）调节励磁调节器的输出电流，使发电机定子电流逐渐增加，并同时检查盘表的指示值是否正确，一直达到1.2倍额定定子电流值，录取定子电流、转子电流数据；8）逐步减小励磁电流以减小定子电流，在定子电流分别为1、0.75

25、、0.5、0.25倍额定电流 下记录定子电流和励磁电流值。电睥传蜷舞Uf I、 Ip IWFLC数据采集及分析系统图9.1发电机短路特性试验原理图10 发电机空载特性试验10.1 试验目的检查励磁系统和发电机定子一、二次电压是否正常。10.2 试验方法1）按图 10.1 接好试验线路；2）发电机出口开路或带主变时主变高压侧开路；3）励磁调节器为手动调节，并置于输出最小位置；4）投入发电机过流保护和差动保护，退出发电机过压保护；5）按规程启动发电机并维持额定转速，合上励磁开关和灭磁开关；6） 单方向调节励磁调节器， 使定子电压升高至1.3 倍额定电压值， 录取定子电压、 转子电流数据；7）单方向

26、调节励磁调节器，使定子电压逐步降低，分别记录911组定子电压、转子电流数据，同时检查盘表；8）跳开灭磁开关。If UfujujucWFLC数据采集及分析系统图10.1发电机空载特性试验原理图11空载及不同负荷下发电机的轴电压测量11.1测量方法1）试验前分别检查轴承座与金属垫片、金属垫片与金属底座的绝缘电阻，应大于0.5MQ。2）试验接线见图11.1。3）在空载试验额定电压下，用高内阻的电压表先测量轴电压Ul,然后将转轴的汽机端与轴承座短接，测量励磁机端大轴对承座的电压U2以及轴承对地的轴电压U3。4）在发电机不同负荷下分别测量发电机的轴电压。图11.1轴电压测量原理图11.2测量结果判断1）

27、轴电压一般不大于10V。2）正常情况下U1-U3, U2-0,如果测量结果是U3明显小于U1 , U2数值较大（正常情况 下一般U3/U2大于10以上），说明轴承绝缘不好，可能会产生轴电流。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

28、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 精品资料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。（正水管）总进水管（汇水管）定子绕组总出水管11三相出线XL11出线汇水管图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，因为水电精品资料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测量或 计算单元图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1