百龙滩水电站发电机的现场电气试验

　　百龙滩水电站发电机主要额定参数为：有功功率P=32 MW,功率因数cosφ=0.95，额定电压Ue=10.5 kV。为目前国内容量较大的贯流式机组。

　　1　发电机定子的电气试验
百龙滩水电站发电机定子是现场组装的，基座分三瓣运到工地，组合找圆后，现场焊定位筋，叠硅钢片，然后进行下线工作。1号～3号机定子材料全由日本富士公司供货，4号～6号机除基座、硅钢片、定位筋等是富春江水电设备总厂按富士图纸生产、供货外，其余线棒、下线用绝缘材料等均系富士供货，现场组装工艺和电气试验也按富士公司要求进行。

　　发电机定子电气试验主要是定子线棒的绝缘强度试验。它分为线棒下线前的试验，下层线棒下线完成后的试验，上层线棒下线完打完槽楔试验，线棒接头和汇流排焊接完毕，转子吊入前的试验及转子吊入后试运行前的试验。另外，因定子铁芯是现场叠片，故要作铁芯温升及振动试验。下面分别就百龙滩水电站定子的各项试验加以介绍，并与我国标准进行对比。
 

　　(1)线棒下线前试验：富士规定用1 000 V兆欧表测绝缘、大于100兆欧合格。
我国生产的线棒，按GB-8564-88规定(以下同)，下线前线棒一般按2.75 Ue+2.5 kV的交流电压进行耐压试验，也可不作此试验。
(2)下层线棒下完线后试验：按IEC34-1标准进行，直流耐压(2U+3 000)×1.6=38.4 kV、1min。
按国标下层线棒下线完后，按2.5 Ue+2 kV的交流电压进行耐压试验。
(3)上层线棒嵌装完毕，打完槽楔后(接头焊接前)按IEC34-1标准，直流38.4 kV耐压，时间1 min。
按国标则为2.5 Ue+1 kV，交流耐压。
(4)汇流排等全部安装完毕，转子吊入前：仍按IEC34-1标准，直流38.4 kV耐压时间1 min。但耐压是分相进行。耐压同时测量泄漏电流，三相泄漏电流差值没有提出要求。

　　按国标规定，对容量大于10 000 kVA，额定电压为6 kV～18 kV的机组，应分相作2 Ue+3.0 kV的交流耐压试验。另外对容量大于10 000 kVA，额定电压大于或等于6 kV的机组还应分相进行3 Ue kV的直流耐压，并测量泄漏电流。耐压按0.5倍额定电压分阶段进行，每阶段停留1 min，并读取泄漏电流值。要求泄漏电流不随时间延长而增大，且在规定的试验电压下，三相泄漏电流差值不大于最小值的50%。若不满足上述要求，应尽量查明原因，加以处理，但并非不能投入进行。

　　(5)机组投运前，(转子吊入后)按日本工业标准作1.25 U=13.125 kV的交流耐压试验并测量电容电流。如百龙滩4号机加压13.4 kV、时间1 min，电容电流为6.1 A。(试验时拆掉端部及中性点接地线，三相和中性点电缆一起加压，转子绕组等接地。)
按国标，必要时可用2 Ue～2.5 Ue直流电压作检查性试验。

　　百龙滩6台机定子线棒，下线完毕做直流耐压时，曾击穿了3根线棒，更换后再试通过。
百龙滩电站1号～3号机分别在1996年2月23日、5月20日、9月4日投运，最长的至今已运行3年多，线棒绝缘良好。
从百龙滩定子绕组在安装投运前的电气试验来看，与我国国标规定是有所不同的。百龙滩机组绕组电气试验，根据富士公司规定，是采用IEC标准，转子吊入前定子绕组3次试验是用高过国标的直流电压，对绝缘进行耐电试验，而在转子吊入后，机组投运前按日本工业标准用低于国标规定的交流电压进行耐电试验。而国标规定，转子吊入前，定子绕组3次试验均是用较高的交流电压进行，转子吊入后，机组投运前是可以用较高的直流电压来对绕组作检查性试验。

　　我们知道，高压直流耐压及泄漏试验，既考验了机组绕组的耐电强度，又可检查绕组绝缘存在的各种缺陷，是一种可靠而安全的试验方法。工频交流耐压，由于电压频率、波形和被试品绝缘内部的电压分布与运行工况一致，因此能有效发现绝缘缺陷，但该试验会扩大固体有机绝缘存在的弱点，使绝缘强度逐渐衰减，造成绝缘内部劣化的积累效应。试验电压越高，发现绝缘缺陷的可能性越高，但被试品被击穿的可能性越大，积累效应也越严重。这对机组的绝缘是很不利的。
另外，直流耐压比起交流耐压试验、设备容易配置，试验也简单易行。而大容量电机的交流耐压，试验设备庞大，试验也较难掌握。

　　根据上述情况，我们认为转子吊入前直流耐压试验电压用高一些，转子吊入后交流耐压试验电压用低一些，对有效检查发电机绕组绝缘缺陷，避免绝缘内部的积累效应似乎是更好一些，百龙滩电站机组按IEC标准进行试验，就符合这种情况，我国机组制造水平目前已大大提高，F级绝缘应用已较为广泛，线棒绝缘的热模压成型技术已成熟，定子线棒绝缘制造已达到一个新的水平，质量可靠。在此基础上，按上述标准即发电机转子吊入前用较高的直流耐电试验，吊入后用较低的工额交流耐压试验，已具有可能。但按日本工业标准进行的交流耐压试验电压是偏低一些，应提高到等于或大于机组的过电压保护定值似乎合理一些。
(6)发电机定子的铁芯试验(振动试验)。定子铁芯试验是富士的说法，它的主要内容是维持120 min的铁芯振动试验和60 min的温升试验。试验方法和我国所用的一样，外加50 Hz交流励磁电压，使铁芯中磁通密度达约1 T，首先维持120 min，进行振动试验。同时用温度计监测24点铁芯温度，要求铁芯振动均匀，其振幅(半波)最大点不超过100 μm。试验完毕，拉掉电源，待铁芯温度降到常温后再检查铁芯紧度，拧紧压紧螺母到规定的力矩值(铁芯原已压紧、振动试验后铁芯更密实，故要再行拧紧压紧螺母。)

　　螺母压紧并与螺杆点焊好后，即可进行60 min的温升试验，试验中定时测量励磁线圈电流电压和功率损耗，测量线圈电压及24点温度，并计算温升，要求平均值在10 ℃以内，最大值不超过15 ℃，局部过热不超过平均值的15 ℃。

　　我国国标称此项试验为定子铁损试验，试验方法与上述相同，试验为一次，持续时间为90 min，要求除检查铁芯压紧螺栓和温升、温差外，还要计算单位重量的铁芯损耗。折合到1 T，铁芯最高温升不超过25 ℃，相互间最大温差不超过15 ℃。单位铁损应符合制造厂规定。一般不超过1.5 W/kg。

　　经计算，富士公司供货的铁芯单位铁损均大于1.5 W/kg，富春江供货的铁芯单位铁损还要大些，最大达2.15 W/kg，运行中铁芯温度最高的近70 ℃，但由于绝缘质量高，温度高一点也不影响机组正常运行。

　　2　发电机转子电气试验

　　2.1　转子的电气试验

　　百龙滩发电机转子采用无轴悬臂结构，也是现场组装。转子中心体分两半运到工地，现场组装后再叠硅钢片。热配键后进行必要的处理再安装磁极。所有的组装工艺和试验方法都按富士公司的要求进行。

　　发电机转子的电气试验包括转子绕组的绝缘强度试验和磁轭与转子中心体热配健时的加热。磁极在安装之前先用500 V的兆欧表测绝缘，大于100 MΩ为合格，如不合格需进行干燥处理直至合格后再进行安装。磁极组装完毕后测量整个绕组的直流电阻和交流阻抗，测交流阻抗时要求各个磁极上的电压降要基本相等。转子的绝缘强度试验采用交流3 500 V的交流耐压试验，时间1 min。这与我国标准相同，国标规定机组额定励磁电压小于500 V时试验电压为10 Ue，百龙滩机组额定励磁电压为350 V，故试验电压用3 500 V。由于该试验电压比较低，现场没有合适的试验设备，为了满足试验要求，将一些小容量试验设备灵活的配置在一起。现场用试验变压器参数为50 kV/250 V，高压侧额定电流0.1 A。而转子在3 500 V交流耐压时的电流约为100 mA，试验变的容量满足要求。采用这台试验变进行耐压试验，则低压侧电压的计算值为17.5 V，电流约为20 A。若直接用自耦调压器来调压，一是容量上不容易满足，二是自耦调压器的调节性能比较粗，对11.5 V这样的电压不好调节。因此在调压器与试验变之间串联了一台220 V/24 V的行灯变。这样折算到调压器侧电压为160.4 V，电流为2.2 A，采用一台5 A的自耦调压器就满足要求，调压时也易于操作。经过2号机到6号机的试验，证明是一种实用的方法。

　　2.2　转子磁轭与中心体热配键的电加热方法
磁轭与中心体热配键时的加热方法有很多种，有的采取外挂加热片烘烤的方法，有的采用专用加热条插入键槽加热的方法。百龙滩转子热配键时采用的加热方法为感应加热法，在实践中证明对于这种尺寸的转子，是一种安全、可靠、易于操作的方法，因此在这里介绍。

　　感应加热就是用电缆沿磁轭外圆均匀地缠绕在磁轭体上，通以交流电流，利用磁轭内感应的涡流损耗来加热磁轭，。根据富士电机公司提供的资料，在220 V电压下，磁轭体上缠绕13匝，通过的电流约为400 A。在实际操作中，我们采用3根70 mm2的铜芯橡皮电缆并联缠绕，根据实测的电流增减缠绕匝数，控制电流在400 A，并使3根电缆通过的电流平衡。一般实际缠绕匝数为13～15匝。考虑到空气的对流作用，磁轭下部缠绕得相对密集些。以4号机热配键时的加热为例，当时室温21 ℃，电压215 V，电流400 A，缠绕匝数14匝。经过6 h的加热后，磁轭外圆上部70 ℃，下部60 ℃；内圆上部60 ℃，下部50 ℃；中心体外圆上部40 ℃，下部30 ℃。同圆周各点温升均匀，中心体与磁轭的温差达到20 ℃，满足热配键的要求。

　　3　结语
百龙滩水电站发电机组的电气试验，采用IEC34-1和日本工业标准，从试验及3年多运行情况来看，应该说是成功的，有缺陷的线棒试验中被淘汰了，合格投运的线棒至今运行正常，该试验标准(主要是发电机定子的试验)与国标相差较大，有些值得我们借鉴和思考：
(1)发电机转子吊入定子前的定子绕组3次直流耐压试验，采用较高的直流电压，既能有效的检验出线棒绝缘的缺陷，又不造成绝缘内部劣化的积累效应，这是可取的。
(2)机组投运前，按日本工业标准进行交流耐电试验，标准偏低，应等于或大于发电机过压保护整定标准为宜。虽然耐压时间为1 min，比过压保护动作时间长，而同样绝缘水平，时间短，耐受过压值更高一些，但从安全着眼，加大一些绝缘裕度还是必要的。
(3)富士公司对定子铁芯的损耗未提出要求，而只提出振动和温升标准，而振动也未带仪器来测量，只靠感觉来判断，这是不准确的。根据计算，富士公司供货的铁芯单位损耗，比国内厂家标准还要大一些。
(4)富士公司对转子热配键采用的感应加热方法，较为简单适用，值得借鉴。