发电机定子绕组绝缘电阻测量的影响因素

刘 浩

(淮沪煤电有限公司田集发电厂，安徽 淮南 232098)

0 引言

发电机作为电厂的重要设备，在每次等级检修及调停检修中均需要测量发电机定子绕组的绝缘电阻，以判断发电机的绝缘状况，主要分为发电机停机后的绝缘测量以及启机前的绝缘测量。若等级检修或调停检修周期过长，且天气状况不良的情况下，后期还需定期连续测量发电机绝缘电阻以保证发电机能够正常启动。

测量水内冷发电机定子绝缘电阻是检查其绝缘状况最简便的辅助方法。由于水内冷发电机的绝缘结构不同于其他电气设备，其定子绕组是由电回路和水回路并联工作的，受内冷水质的影响制约。因此，若采用普通兆欧表，所测得的结果并非真正的绝缘电阻值，必须采用专用的水内冷发电机绝缘电阻表测量，才能够得到有效的绝缘电阻值。由于水内冷发电机的系统较复杂，测量其绝缘电阻时干扰因素较多，若存在测量值不正常的现象，需进行一一排查。

1 水内冷发电机定子绕组和汇水管结构

水内冷发电机定子绕组的绝缘包括槽部、端部、引出线瓷套管、绝缘引水管和冷却水绝缘，发电机两侧有金属环形汇水管，汇水管与定子空心线棒之间用绝缘引水管连接，汇水管进出口法兰、两侧排污口法兰以及汇水管支撑加强筋均需装设绝缘衬垫。

2 测量绝缘电阻的方法

水内冷发电机两侧及出线盒内有汇水管，汇水管管壁上分别连接一根导线，通常叫作屏蔽线。运行过程中两侧汇水管屏蔽线接地，主要是为了人身和设备的安全，因为汇水管距发电机端部很近，且汇水管周围埋设很多测温元件，如果不接地，一旦线圈端部绝缘损坏或引水管绝缘击穿，使汇水管带电，会对在测温回路工作的人员和测温设备带来危险。在停机测量发电机定子绕组绝缘电阻时，将屏蔽线连在一起接在绝缘电阻测试仪屏蔽端，以消除内冷水中泄漏电流对绝缘电阻的测量，但有的水内冷发电机汇水管是直接接地的。因此，水内冷发电机定子绕组绝缘电阻测量分为通水和不通水两种，对于前者可在通水的状态下测量，后者需将汇水管及定子线棒内的水吹净，然后用普通的兆欧表测量即可。

测量发电机定子绕组绝缘电阻，实际上是在定子绕组(L)和地(E)之间加直流电压,测量流过的电流及其变化情况来判断绝缘好坏。电流越大绝缘电阻表所显示的绝缘电阻值越小。由于水内冷发电机外部水系统是接地的，且水中含有导电离子，当直流电压加在绕组和地之间，水中要产生泄漏电流，水中的泄漏电流流入绝缘电阻表的测量机构，将使绝缘电阻读数显著下降，引起错误判断。若将发电机汇水管屏蔽线接到绝缘电阻表的屏蔽(G)端，可使水中的泄漏电流I水阻泄漏经绝缘电阻表的屏蔽端直接流回绝缘电阻表的电流负极，不流过测量机构，也就不会带来误差，从而消除水中泄漏电流的影响，从而使得测试电流等于I绝缘泄漏。根据相关规定，在测量发电机绝缘电阻之前，内冷水水质合格，用万用表测量汇水管对地阻值RH大于30 kΩ，汇水管对绕组阻值RY大于100 kΩ，方可进行绝缘电阻的测量。

3 发电机绝缘电阻测量的影响因素

3.1 温度的影响

温度对发电机绝缘电阻的影响很大，一般绝缘电阻是随温度的上升而减小的，原因在于绝缘材料电阻系数很大，其导电性质是离子性的。在离子性导电中，作为电流流动的电荷是附在分子上的，它不能脱离分子而移动。当绝缘材料中存在一部分从结晶晶体中分离出来的离子后，材料就具备一定的导电能力，当温度升高时，材料中原子、分子的活动增加，产生离子的数目也增加，因而导电能力增加，致使绝缘电阻值降低。资料文献表明，温度每升高10 ℃，绝缘电阻值就下降一半，因此，每次测量的绝缘电阻值均应换算到同一温度才能进行比较。换算公式如下：

式中，Ri75℃为温度在75 ℃时的绝缘电阻值(MΩ)；Rit为温度在t℃时的绝缘电阻值(MΩ)；t为测量时的温度(℃)。

3.2 湿度的影响

湿度对绝缘表面泄漏电流的影响很大，实测表明，在空气相对湿度较大时进行绝缘电阻试验，所测出的数据与实际值相差甚多，使测量结果无法作为参考。水膜和电场畸变是造成测量值与实际值差别甚大的主要原因。当空气相对湿度较大时，绝缘物表面将出现凝露或附着一层水膜，导致表面绝缘电阻大大降低，表面泄漏电流大大增加。另外，凝露和水膜还可能导致导体和绝缘物表面电场发生畸变，电场分布更不均匀，从而产生电晕现象，直接影响测量结果。

3.3 发电机出口附属设备的影响

与发电机出线相连的设备主要包括封闭母线、励磁变压器、发电机中性点接地变压器、电压互感器、避雷器、发电机出口断路器等。因发电机启机前需测量绝缘电阻，由于时间关系，测量发电机绝缘电阻时会将以上设备一并带入测量，这样测得的值就是所有设备绝缘电阻的并联值，若所有设备的绝缘均良好的情况下，测量值满足要求，可以作为启机参考，若发现绝缘值较低时，则需要检查排除。

3.4 极化电势的影响

在通水状态下，测量发电机定子绕组绝缘电阻时，有时会发现测量A相绝缘电阻时数值正常，但当测量B相或C相绝缘电阻时，绝缘电阻表指针指向无穷大。这是由于初始测量A相绝缘电阻时，三相介质处于原始状态，无极化现象，因此A相绝缘电阻值测量正常。但当测量A相绝缘电阻时会对绝缘介质产生极化，且极化电势的放电时间较长，极化电势通过水阻对机座放电，当极化电势与测试电压反向时，所测量的绝缘电阻值比绕组的实际绝缘电阻大;若极化泄漏电流比绝缘泄漏电流大，绝缘电阻表的指针就会指向无穷大。

若测量发电机定子绕组绝缘电阻时存在此类现象，可通过以下方法判断。

(1) 由于极化电势的存在，会使汇水管上串有几十毫伏的直流电压，汇水管上所带的直流电压越高，绝缘电阻表指针摆动的幅度越明显。因此可用万用表测量汇水管对基座的直流电压，如果为几十毫伏至几百毫伏，说明是极化电势的影响。

(2) 用万用表测量汇水管对绕组的电阻值RY及汇水管对地的电阻值RH，若正、反向测量值不一致，说明是极化电势的影响。

为了消除极化电势对测量结果的影响，可将发电机定子绕组及汇水管对地充分放电，且放电时间要足够长，或者使用极化电势补偿功能较强的绝缘电阻表测量。

3.5 内冷水水质的影响

水内冷发电机对内冷水的水质是有严格要求的，内冷水运行系统是独立封闭的，而且是不断循环的过程，使用时间过长后，内冷水的水质也会变差，主要是因为水在循环的过程中与发电机金属部件及空气接触产生杂质而影响内冷水的质量，导致电导率增大、铜离子含量超标等。电导率大会影响发电机绝缘电阻的测量；铜离子含量超标会使汇水管产生极化电势，也会影响发电机绝缘电阻的正常测量。根据DL/T 801—2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》标准，内冷却水水质应符合表1规定。

表1 发电机定子空心铜导线冷却水水质控制标准

3.6 汇水管屏蔽线断线

汇水管屏蔽线接到绝缘电阻表的屏蔽端，可将水中的泄漏电流屏蔽掉，不流过测量机构，从而消除了水中泄漏电流的影响，测量的绝缘电阻值为正常值。若有一侧汇水管屏蔽线断线，则断线的汇水管对地电流将无法被屏蔽掉，造成部分汇水管与绕组间的阻值RY与绕组对地绝缘电阻RX并联，由于RX值很大，产生的电流很小，而RY仅为几百千欧，产生的电流很大，该电流将经过绝缘电阻表的测量机构，导致测量回路电流大大增加，因此测量的绝缘电阻会大大降低。

3.7 汇水管接地

若存在汇水管绝缘低或绝缘为零的情况，可从以下几方面进行查找。

(1) 发电机汇水管冷却水进、出口法兰的绝缘。

(2) 发电机两侧汇水管排污口法兰的绝缘。

(3) 发电机出线盒小汇水管排污口法兰的绝缘。

(4) 绝缘引水管法兰的绝缘。

(5) 埋入汇水管内的测温元件的绝缘。

(6) 支撑汇水管的加强筋的绝缘。

(7) 发电机内冷水的导电性能。

4 结束语

由于发电机系统较复杂，在绝缘电阻测量过程中，经常会遇到各种各样的问题，因此作为电气试验人员，一定要了解发电机的绝缘结构，对测量中出现的问题要有判断的方向和依据，做到及时、有效地解决问题。