岭澳核电站发电机局放问题浅析

李 祚 滨

（中广核工程有限公司，广州 深圳 518124）

1 局部放电概述

岭澳核电站的发电机由中国东方电气集团有限公司所属东方电机有限公司（东电）制造，技术从法国ALSTOM引进。岭澳核电站的3号发电机是东电首台国产化，原型机在法国有近30年的运行业绩。

因制造工艺以及材料本身的均匀性等因素，高电压绝缘系统内部的间隙以及绝缘的表面都有可能发生局部放电。发电机定子绕组长期受高温、高电压、振动、油污、潮湿以及化学物质的综合作用，绕组的绝缘材料将会逐渐老化，绝缘性能也将随之恶化，最终导致发电机定子绕组绝缘故障。为了降低绝缘故障给机组带来的潜在风险，除了绝缘材料的改进和设计制造工艺水平的提高，发电机绝缘监测技术的应用也是有效的防范途径。通过在线监测发电机定子绕组绝缘的局部放电，可及时评价发电机定子绕组的绝缘状态，提前发现故障的早期征兆，避免发电机恶性事故的发生。

汽轮发电机局部放电在线测量是指发电机在运行状态下进行的局部放电测量，是在发电机承受着额定电压、不同负载和不同工况的情况下测量到的。其优点在于测量结果是在定子绕组承受着包括电应力、热应力、机械应力和化学应力等共同作用下获得的，这些应力是在离线(机组停机)状态测试时无法施加的。因此，如果测量方法合适，对发电机实施局部放电在线测量，将能及时评价定子绕组的绝缘状态，正确评估发电机是否具有持续可靠运行的能力。

2 岭澳核电站发电机局放试验描述

发电机的有关参数为：

型号：TA1100-78 额定容量：1278MVA

功率因数：0.9 频率：50Hz

额定功率：1150MW 转速：1500r/min

定子电压：24kV 制造时间：2008年

（注：定子线棒和出线套管由ALSTOM制造）

表1 试验设备清单

试验遵循的标准有：

（1）DL/T492-2009《发电机环氧云母定子绕组绝缘老化鉴定导则》

（2）GB 50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

（3）GB/T 20833-2007《旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则》

（4）IEC60034-27《旋转电机定子线圈绝缘非在线局放测量》

（5）IEEE Std 1434-2000《旋转电机局放测量试用导则》

图1 定子绕组局部放电试验原理图

表2 3号发电机定子绕组局部放电试验结果

2010年5月，由广东电网电力科学研究院（原广东中试所）对3号发电机进行了局部放电试验，试验结果为“不合格”，由此引起 3号发电机组是否可以起动、升电压、并网等重大问题的争议——电站的运营方认为发电机的主绝缘系统存在严重的质量问题，发电机不能带电压、更不能并网，属于颠覆性的问题。为此，2010年6月专门邀请了国内有关专家召开评审会，讨论以“3号发电机的局部放电试验”为主的“岭澳二期 3号发电机遗留问题”。会议没有同意上述“不合格”的结论，但是对局放试验中出现的“拐点”（局放量在线电压附近突然增高）表示特别关注。随后，仍然由广东中试所在4号发电机上进行了多次局部放电试验。但是，试验结果未能达到预期的目的（确定引起“拐点”的零部件），只是确定了产生“拐点”的部位在过渡引线至出线套管区域（定子线圈之外的部位）。

为了查找局放出现“拐点”的根本原因，2010年 6月23日，公司主管领导主持会议讨论3号发电机局放试验问题。决定请东电支持与配合，由广东中试所对正在东电工厂制造的红沿河1号发电机进行（相同的）局部放电试验。2010月7月2日，在红沿河1号发电机上进行局部放电试验，由广东中试所的原班人员使用相同仪器表、遵照相同的试验程序进行。试验结果确定了引起“拐点”的零部件为出线套管，并非主绝缘系统。

2010年7月15日，3号机组并网。各种负载下在线监测的局部放电量最大值小于1000 pC。

图2 电压与放电量曲线

通过观察曲线可知，电压在15kV以前局放和电压基本保持着线性关系。当电压从17kV开始上升以后局放量增加明显，其中A相增加较为明显。

根据标准GB/T20833－2007的规定，上述试验结果数据不符合要求。但是，IEC60034-27和即将颁布的国家标准（GB-汽轮发电机状态在线监测系统应用导则）却没有如此结论，即“如果测量方法合适，对发电机实施局部放电在线测量，将能及时评价定子绕组的绝缘状态，正确评估发电机是否具有持续可靠运行的能力。”

3 问题分析

在试验准备和试验进行期间，各有关部门均给予了极大关注。试验结果出来后，引来各种评价与讨论。

根据发电机的结构分析，可能产生局部放电的部位包括：定子线棒、绕组的槽内固定、绕组的端部、过渡引线、出线套管、试验装置等。针对这些放电的可能性，我们下面采用“排除法”逐个讨论。

（1）定子线棒

这里主要是指主绝缘，从发电机制造厂的单根线棒局放测试结果来看，虽然抽样 10%且单根线棒间的局放值差异较大，但是在0～48kV试验电压值范围内没有局放值突然增大的拐点记录；

（2）绕组的槽内固定

对于定子已经在制造厂完成下线及线棒的固定，然后整体运输、整体安装、没有运行过的机组，存在槽内线棒固定松动的可能性极小；

（3）绕组的端部

采用全半导体高阻（漆）接地的绝缘结构，对于尚未运行过的新机且没有受到污染的记录，产生局放的可能性极小；

（4）出线套管

ALSTOM原设计的出线套管为卷包绝缘结构（有别于瓷套管），应当具有比线棒主绝缘更加良好的电气性能。岭澳核电站发电机的出线套管全部从法国进口；

该大学负责招生的克利斯多夫·古登塔格说:“我理解学生们的心情。四年前，我女儿上学前班被拒，我都很痛苦，更何况是经过各种努力的高中生和他们的家长呢。”

（5）过渡引线

过渡引线除了主绝缘之外还有钎焊的电连接部位，该部位采用了开口朝下的绝缘盒作为保护。因此，在整个定子绕组的绝缘结构中形成了“开启点”。由于没有采取全封闭式的绝缘，导致绕组主绝缘存在不连续，在试验条件下（离线、空气）可能成为放电点；

（6）试验装置

按照 IEC60034-27的要求，由于局放试验的敏感性对试验装置的电源、电缆、耦合单元、高压接头等均有很高的要求，并要求整套试验装置的局放值应当小于 100pC。根据广东电科院的试验报告描述，试验装置满足标准的要求。

从制造厂对单根线棒的局放测量与电压曲线可知，从0～48kV局放和电压基本成线性。良好的绝缘在其正常工作电压范围内，局放和电压有一定的线性关系。本次局放试验曲线存在剧烈的突增现象，初步判断定子绕组中某个部位的绝缘出现了剧烈的放电。

发电机局放主要可分为主绝缘内部局放（气泡、脱层等）和主绝缘外部局放（线棒与槽间、鼻端异相间、出线套管等）。从厂家试验到48kV局放都有线性而本机在近 20kV时就出现突增这两个不吻合现象可知，局放突增的原因不是线棒本身，是线棒的外部局放。

为了验证上述推测，决定对4号发电机进行局放试验。由于4号发电机具备与3号发电机完全相同的设计、结构和制造工艺，具有可比性。在随后获得的试验结果表明，情况完全相同。这就说明，放电的部位一定在定子线棒之外的某个部位，包括过渡引线和出线套管。试验结果如表3。

4 验证试验

表3 4号发电机定子绕组局部放电试验结果

图3 局部放电量趋势图

首先，进行三相单定子绕组（仅包含定子线棒及12根端环引线）局部放电量的测量以及A相绕组连同下引线及套管的局放量的测量。测量数据表4所示。

从上述试验数据可以看出，当电压上升到19.2 kV时开始增大并形成拐点，达到24kV时陡然上升。为了进一步查清局部放电量过大的原因，对两个单个套管进行了局部放电试验。结果如表6。

由此可知，由于出线套管的局放量比发电机本体大的多，带上出线套管后所测量到的局放量大部分是由出线套管造成的。试验结果表明，在空气状态下局放拐点是由出线套管引起的，并非定子线圈绝缘或固定不良所致。至此，岭澳二期发电机局放“超标”的原因得以确定，消除了3号发电机顺利投运的障碍。

表4 单定子绕组局部放电试验结果

表5 单定子绕组（B相）局部放电试验结果

图4 A、C两相定子绕组的局部放电量趋势图

同时，不同的试验条件（包括工厂条件和现场条件）下的试验影响因素可能不同，试验结果和数据难以进行比较。此外，ALSTOM工厂试验采用的方法是测量一段时间内的电荷的流量（单位 dB），而我们测量的是局放波形的峰值（单位 pC），不同试验方法下的试验数据也不具备可比性。

图5 A相绕组连同下引线及套管的局部放电量趋势图

表6 套管局部放电试验结果

图6 套管局部放电量趋势图

5 结论

（1）根据岭澳3号、4号机的四次试验以及红沿河1号机定子绕组各个部件的局放测试结果分析，局放具有明显的共性以及数据的一致性。由此可以断定，局放偏高来源于出线套管。

由于全部设计源自ALSTOM，而且该机型已经有30余年的实际运行经验，没有因局放导致事故的报道。因此，发电机运行可靠性是有保证的。

（2）按照相关标准的规定，发电机的局放问题是设备本身是否足够满足长期健康运行的问题，不涉及机组是否可以投运的问题。目前的局放问题是属于电站长期运行监测特性状态的问题，不属于即时的安全性问题。而且，充氢和不充氢状态下测出的局放量可能相差很大，充氢后有利于起晕电压的提高。GB/T20833-2007《旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则》其测量方法与IEC60034-27，IEEE std 1434-2000是完全相同的。局部放电的评价标准根据国内十几家制造厂和试验单位的试验结果统计得到，虽然统计中未遇到像岭奥核电那样高电压，大容量机组仍具有参考价值。

高压套管的性能及试验应遵循GB/T4109《交流电压高于1000V的绝缘套管》，该标准采用IEC61037第6版。该标准中表6明确规定对户外变压器绝缘套管局放试验应用在线电压UN进行，而对发电机用户内电容式套管局放试验应在下进行和评估，也就是拐点不能在相电压下出现就行。因此解读相关标准是十分重要的。

通过对3台机组的局放测试和问题剖析，提高了电站和制造厂人员对岭澳（TA1180-78型）发电机固有特性的认识，为岭澳4号发电机以及后续项目（红沿河、宁德等）发电机的安装、调试以及接收试验，积累了经验。加深了国内专家对核电发电机局放试验的重视，启发了对若干标准的思考和再认识，有利于行业认识水平的提高。

在今后的运行中，应当遵照标准的规定连续记录局放检测值。一旦出现“突变”或者异常的“拐点”，必须分析产生的原因、找到问题所在，采取必要的措施予以恢复。

[1]DL/T492-2009, 发电机环氧云母定子绕组绝缘老化鉴定导则[S].

[2]GB 50150-2006, 电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

[3]GB/T 20833-2007, 旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则[S].

[4]IEC60034-27, 旋转电机定子线圈绝缘非在线局放测量[S].

[5]IEEE Std 1434-2000, 旋转电机局放测量试用导则[S].

[6]GB/T4109-2008, 旋转电机局放测量试用导则[S].