大型发电机定子线圈带水测量介损方法

收稿日期：2009-03-20；修回日期：2009-09-04

作者简介：张建忠（1963—），男，河北鹿泉人，高级工程师，从事电机试验研究工作。E -mail:hbdyyzjz@

电机老化鉴定的相关要求，对于介损的测量应该在发电机的额定电压下进行。而目前的高压介损电桥最大输出电压不超过10kV ，输出电流一般不大于

200mA ，发电机对地电容的特殊性使得线圈介损测

量不能使用介损电桥的正接线方法。另外，大型水内冷发电机定子线圈中带水，测量的介质损耗中含有水的损耗，因此对介损测量的结果有很大影响。实现大容量发电机定子线圈带水测量介损，可以作为确定线圈是否老化的重要依据，通过综合因素决定是否更换线圈，达到使机组能够安全、稳定运行目的，避免机组乃至电网的重大事故发生，具有较好的经济效益和社会效益。

1发电机定子线圈介损测量原理

在交流电压作用下，发电机线圈绝缘的等值电

路由通过容性回路C X 的电容电流分量I CX 及通过电阻回路R X 的有功电流分量I RX 。通常，I CX 远远大于

I RX ，介质损失角δ较小。

介质中的功率损耗：

P =UI RX =UI CX tan δ=U 2ωC X tan δ

（1）U C 代表气隙开始放电时的外加电压，从tan δ

增加的陡度可反映出老化的程度。但对于电压超过

10kV 的发电机来说，电桥电压（2500～10000V ）常

远低于发电机的工作电压，因此tan δ测量难以反映出工作电压下绝缘内部的局部放电性缺陷。

2

大型水内冷发电机定子线圈介损测量

2.1

线圈测量介损难点及改进方法

（1）由于大型发电机对地电容较大，通常在0.20μF

以上，且发电机出线额定电压比电桥输出电压值高许多，受电桥本身的升压设备容量所限，其对发电机施加的电压只能加到3kV 左右。要解决此问题，一是提高电桥的输出电压和容量，使用反接线的方法测量，此方法将使电桥进行全面的绝缘升级，并提高

标准电容器的电压，使测量设备变得极其庞大，对现

图1tan δ~U 变化曲线

Fig.1The curve of tan δ~U

第42卷

中国电力发电技术

图2大型发电机定子线圈介损测量原理

Fig.2Measurement principle of dielectric loss for stator

winding of large generator

场而言是不现实的；二是借助发电机的耐压设备使用外部加压的方法，从而实现对发电机在额定电压下的介损测量。

（2）大型发电机绝大多数定子线圈为水内冷，在测量发电机定子线圈介损时应屏蔽掉水回路的介损影响。去除水回路对介损影响可以通过2种办法解决：一是将发电机定子内的水吹出，使线圈内达到干燥无水状态，此方法需要大量的人力物力和时间，并要求具备吹水条件的设备，在现场有时不容易满足；二是考虑在测量回路中将水回路的介损影响屏蔽掉，此方法省时省力。

用图2所示的电路可以实现发电机带水、外施电压的方法测量线圈介损。利用发电机定子线圈汇水管对地有一定的绝缘条件，使定子水回路的电流绕过定子线圈介损测量单元，直接与升压变压器的尾端相连，而升压器的尾端通过测量定子线圈的电容电流回路接地。升压变压器的高压端除了接入被测发电机线圈外，还连接高压无损耗标准电容器，其末端接入测量单元采集电压。

测量单元的测量计算原理为矢量电压法，利用

2个高精度电流传感器，把流过标准电容器C N 和发

电机线圈C X 的电流信号I N 和I X 转换为测量的电压信号，然后经过模数转换，A/D 采样将电流、电压模拟信号转变为数字信号，通过FFT 数学运算，确定信号主频并进行数字滤波，分别求出这2个信号的实部和虚部分量，从而得到被测信号的基波分量及其矢量夹角δ［1-2］。由于C N 为无介损标准电容器，且其电容量C N 为已知，可方便地求出发电机线圈的电容量C X 和其介质损耗角tan δ等参数。

2.2测量数据修正

由于试验变压器高压绕组引出线回路对地存在

寄生分布电容，它与被测试品电容并联，当被测试品对地电容较小时（小于300pF ）［1］，可能会给测量结果带来误差［3-4］。为此，可采用措施进行修补：

（1）高压引线的输出端使用专用的高压双屏蔽

电缆与加压试品相连接，把测量单元的输入端用专用低压屏蔽电缆相连，可去除或减弱分布电容对测量结果的影响。

（2）采用2次测量的方法，初次测量不接被试品，再次测量接入被试品。第1次测量结果实际上是分布电容造成的结果；第2次测量结果是分布电容和试品电容之和造成的结果。根据式（2）、（3）可以得到被测试品的介损和电容。

tan δ=（C 2tan δ2-C 1tan δ1）/（C 2-C 1）

（2）C X =C 2-C 1

（3）

实际上，对大型发电机来说，其定子线圈对地电容一般都在0.20μF 以上，远远大于300pF 的要求值，因此试验测量中的分布电容引起的误差可忽略不计。

3

模拟及现场试验验证

3.1

试验室模拟试验

试验试品为100kV 电力电容器，其标称电容量

为11550pF 。在下述3种情况下测量试品的介损值和电容值：（1）使用西林电桥反接线法；（2）高压侧外加电压、在低压侧使用测量单元的方法；（3）采用（2）的接线方式，并在试品上加入水阻模拟发电机水回路，水回路的电阻值为100k Ω。反接线的线路接法与正常测介损方法相同，（2）、（3）接线方式如图3、4所示。试验数据如表1所示。

图3测量单元在低压侧测量介损电容量

Fig.3Measurement of dielectric loss capacitance measured by measurement unit in low voltage side

图4

模拟发电机定子水回路测量C X 接线

Fig.4Measurement connection of C X for simulating cooling

water loop of generator stator