CN114779021A - 一种燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，包括对定子绝缘进行外观检查，判断是否有外表污损情况；对待检定子绝缘进行直流极化电流检测并判断该绕组是否存在绝缘水平下降的情况；当待检定子绕组存在绝缘水平下降的情况时，对待检定子绝缘进行在线局部放电检测。通过本发明所述方法，能够准确判断绕组是否存在绝缘水平下降的情况，从而判断燃气机组发电机定子绝缘水平，防止可能的强制性故障停电，保障发电厂的安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及发电机定子绝缘水平检测技术领域，特别是一种燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法。
背景技术
在发电机组的日常运行过程中，由于燃气机组发电机定子部件的绝缘水平下降造成的发电机组故障可能会造成巨大的时间和经济成本。旋转机械的可靠运行在很大程度上取决于其定子绕组绝缘的完整性，定子绕组绝缘在热、电、机械和环境应力的综合作用下会老化。因此，必须定期对发电机组定子绝缘水平进行检测，以评估其绝缘状况，绝缘水平检测有助于发电厂针对性的制定计划维护和维修时间表从而可以及时对发电机定子进行小修，防止可能的强制性故障停电，保障发电厂的安全稳定运行。
直流测试方法是旋转机械系统的一种重要的绝缘检测手段。几十年来，为了确保新设备和在役设备的绝缘系统的使用状况，直流测试被能源行业广泛使用，也是公认的检测部件裂纹、绕组污染和受潮等故障的有效方法。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其包括，对定子绝缘进行外观检查，判断是否有外表污损情况；对待检定子绝缘进行直流极化电流检测并判断该绕组是否存在绝缘水平下降的情况；当待检定子绕组存在绝缘水平下降的情况时，对待检定子绝缘进行在线局部放电检测。
作为本发明所述燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的一种优选方案，其中：对待检定子绝缘进行直流极化电流检测包括如下步骤：对检测定子绕组样品进行极化电流测定，得到极化电流变化数值；对检测定子绕组样品进行去极化电流检测，得到去极化电流变化数值；将极化与去极化检测电流归一化到标准容量温度；将测定电流的变化情况进行绘制分析，判断检测样品绝缘水平；根据对各相绕组的绝缘测试得到的极化电流曲线与去极化电流曲线间的相对距离，确定该绕组是否存在绝缘水平下降的情况。
作为本发明所述燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的一种优选方案，其中：将极化与去极化检测电流归一化到标准容量温度时，采用如下公式进行：
式中，C为发电机定子绝缘绕组电容值，Kt为温度t时的绝缘电阻温度系数。
作为本发明所述燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的一种优选方案，
作为本发明所述燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的一种优选方案，其中：对检测定子绕组样品进行去极化电流检测时，采用如下公式进行：
idisc(t)＝VC0(δ(t)+f(t)-f(t+tc))
式中，tc为在绝缘层上施加电压的时间，由于f(t)是时间的单调递减函数，当理想条件下tc趋于无穷时f(t+tc)＝0，故上式为：
idisc(t)＝VC0(δ(t)+f(t))
式中，f(t)为介电响应函数，f(t)＝At-n，C0为真空容量。
作为本发明所述燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的一种优选方案，其中：同一时间点下将极化与去极化检测电流曲线间的距离通过下式计算：
作为本发明所述燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的一种优选方案，其中：在对待检定子绝缘进行在线局部放电检测时，局部放电参数有最大放电量、起始放电量、放电次数、脉冲高度和相位分布图等。
作为本发明所述燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的一种优选方案，其中：在同一时间内，极化电流曲线与去极化电流曲线之间的垂直距离小于0.1cm时，则说明定子绝缘水平较好
作为本发明所述燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的一种优选方案，其中：在同一时间内，极化电流曲线与去极化电流曲线之间的垂直距离在0.1cm和0.3cm之间时，则说明定子绝缘水平下降
作为本发明所述燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的一种优选方案，其中：在同一时间内，极化电流曲线与去极化电流曲线之间的垂直距离大于0.3cm时，则说明定子绝缘水平较差。
本发明有益效果为：通过本发明所述方法，能够准确判断绕组是否存在绝缘水平下降的情况，从而判断燃气机组发电机定子绝缘水平，防止可能的强制性故障停电，保障发电厂的安全稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的定子绕组1绝缘检测电流曲线。
图2为燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的定子绕组2绝缘检测电流曲线。
图3为燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的定子绕组3绝缘检测电流曲线。
图4为燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的距离D与阻值Rd之间的关系图。
图5为燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法的绕组2端部局放检测图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1～图4，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法包括如下步骤：
对定子绝缘进行外观检查，判断是否有外表污损情况。外观检查主要针对定子绝缘层的附着灰尘程度、附着油污程度、覆盖漆变色脱落情况、绝缘损伤、绝缘过热变色、漏电痕迹等进行检查。
对待检定子绝缘进行直流极化电流检测；在直流绝缘试验中，所测介质的充电电流的三个分量是容性充电电流、介电吸收(极化)电流和漏电流(传导)电流。
容性电流是指绕组对地电容所产生的分量。在施加电压后，容性电流在秒级内衰减到零，时间常数取决于与绕组串联的仪器电阻。电容充电是一种可存储的可逆能量，在测试绝缘系统的状态时通常不予考虑。吸收电流对阶梯电压的响应类似于电容电流的响应，但其通常需要几分钟到几个小时才能衰减到一个可以忽略的值。定子绝缘电流的泄漏分量是一个连续的、不可逆的电流，它是由施加在绝缘受损或者不完全绝缘的测试设备表面上的电压引起的。泄漏电流根据测试环境的温度、湿度、污染物和电压应力以及被测试绝缘的质量和条件而变化。
所测介质的放电电流只有两个分量:电容电流和去极化电流。在放电阶段，由于没有外部电压源，所以放电电流测试中不含泄漏电流。
直流绝缘检测包括以下步骤：
1、对检测定子绕组样品进行极化电流测定，得到极化电流变化数值。定子绕组样品极化电流测定过程中，将定子绕组样品接入高压直流电源，在一定时间内给绕组绝缘施加直流电压，每绝缘厚度(每mm)加压0.2-2kV。调整充电步骤的持续时间，直至充电电流变化率稳定，同时持续测量极化电流。测试时，应测量并记录环境温度、相对湿度和绕组电容。
2、对检测定子绕组样品进行去极化电流检测，得到去极化电流变化数值。所述定子绕组样品去极化电流测定过程中，待上述充电检测步骤结束后，立即将发电机定子绕组短路，等待几秒钟的延迟，将电容性浪涌放电至接近零，然后开始测量放电(去极化)电流。测试时，应测量并记录环境温度、相对湿度和绕组电容。
3、将极化与去极化检测电流归一化到标准容量温度。所述极化与去极化检测电流归一化到标准容量温度，其原因是，极化和退极化电流取决于绝缘系统的类型、尺寸、温度和质量，为了比较不同尺寸和温度的绕组的几种测量结果，需要将测量电流归一化，以去除绕组电容和温度的影响。归一化电流的变化将只与发电机定子的绝缘质量和绝缘状况有关，因此这些电流的趋势分析可以作为识别绝缘老化的指征。
为了使充放电电流相对于绕组容量归一化，只需将测得的电流除以绕组电容值即可。而绝缘材料的性能十分依赖于温度，因此必须从测试结果中消除热效应带来的影响。由于不能在相同的温度下进行所有的测量，故可以采取将测量电流归一化到常见温度的处理方法，一般将所有结果都校正到40℃。
所述测量电流的归一化采用如下公式进行，由于测量温度下的定子绕组绝缘电阻值与参考温度下的电阻值之间存在关系：
Rc＝Kt×Rt
其中，Rc为修正到40℃的绝缘电阻值，Rt为在温度t下测量的绝缘电阻(兆欧)，Kt为温度t时的绝缘电阻温度系数。从而修正到统一温度与统一容量下的测量电流值可以表述为：
C为发电机定子绝缘绕组电容值，Kt为温度t时的绝缘电阻温度系数。
4、将测定电流的变化情况进行绘制分析，判断检测样品绝缘水平。所述绝缘电流测试比较方法是将极化电流随时间变化曲线与去极化电流随时间的变化曲线绘制于同一张坐标图中，观察两者间曲线间的距离，从而判断测试样品的绝缘水平。
idisc(t)＝VC0(δ(t)+f(t)-f(t+tc))
tc为在绝缘层上施加电压的时间，由于f(t)是时间的单调递减函数，当理想条件下tc趋于无穷时，上述方程的第二项趋于零即
f(t+tc)＝0
故可认为idisc(t)＝VC0(δ(t)+f(t))，则统一时间点下两条曲线间的距离为
故两条曲线间的距离与绝缘泄露电流的大小相关，而绝缘泄露电流的大小与绝缘水平是正相关的，故两条曲线间的距离可以反映定子的绝缘水平。
5、对各相绕组的绝缘测试得到的极化与去极化电流曲线间的相对距离进行判断，若两根曲线间存在一定距离，则可定性确定该绕组可能存在绝缘水平下降的情况，优选的，如图4所示，在同一时间内，极化电流曲线与去极化电流曲线之间的垂直距离D小于0.1cm时，则说明定子绝缘水平较好，电阻值Rd＞1GΩ；极化电流曲线与去极化电流曲线之间的垂直距离D在0.1cm和0.3cm之间时，则说明定子绝缘水平下降，其绝缘电阻值10MΩ＜Rd＜1GΩ；极化电流曲线与去极化电流曲线之间的垂直距离大于0.3cm时，则说明定子绝缘水平较差，评估其绝缘电阻值Rd＜10MΩ。
需要说明的是绝缘水平下降是指电机在运行过程中，定子绕组主绝缘不可避免地受到电、热、机械力等多种应力的影响，因此绝缘老化实际上主要是这些应力综合作用的结果。从本质上讲，老化与主绝缘内部气隙的产生、发展及环氧劣化有着极为密切的联系。热应力使得环氧树脂等材料发生脆化和降解，黏粘能力降低，造成绝缘内部产生裂纹或分层；电应力使得绝缘内部或表面发生气隙击穿，击穿过程中产生的热量、带电粒子以及臭氧等化学物质进一步损坏绝缘材料；机械应力主要包括电磁机械力和冷热循环热机械力，长期作用在绝缘上造成绝缘磨损、疲劳、脱层、发空或断裂。
当待检定子绕组存在绝缘水平下降的情况时，也即当D≥0.1时，对待检定子绝缘进行在线局部放电检测，绝缘体中的气隙在高电压下会发生局部放电。随着局部放电的发展会逐渐腐蚀绝缘导致绝缘体的老化。通过测量定子线圈中的局部放电可以了解绝缘状态并以此评定电机定子的绝缘性能。当绝缘老化或浸渍工艺不良时局部放电量将随着施加电压的增加而明显增大。局部放电参数有最大放电量、起始放电量、放电次数、脉冲高度和相位分布图等，需要指出的是，局部放电检测采用现有技术即可，此处不做赘述。
实施例2
参照图1～图5，为本发明第二个实施例，该实施例提供了一种燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法。
具体的，对一台发电机定子进行绝缘检测，其参数为1台2500kW电机在过去运行中年平均运行时间7200h、启停次数10次。
首先，对定子绝缘进行外观检查，发现无绝缘变色、放电等明显绝缘损坏现象。然后，对定子绝缘进行直流绝缘检测。所得到的发电机定子三个绕组绝缘检测电流曲线如图1～图3。
测试时，单独测量被测相位定子绕组的电流，其中其余非测量绕组不接地并与被测绕组分离。
通过图1～图3，可以看出不同相位定子绕组所测得的极化电流和去极化电流是有区别的，特别是对于绕组2和绕组3，当与标准未被污染的定子绕组极化与去极化电流变化曲线相比较可以发现，绝缘水平良好的定子绕组其极化与去极化电流的曲线间不存在明显偏差，而对于实例中的定子绕组电流来说，绕组2和绕组3的极化与去极化电流间存在明显的偏差，其中绕组2相对偏差更大。其原因是绕组2和绕组3两个定子绕组在其末端缠绕区域的表面绝缘污染造成了极化过程中泄露电流增加，从而造成测量所得到的极化电流与去极化电流数值偏差较大，而绕组2的绝缘污染更为严重，从图2中，可以见到，当t为10s时，两个曲线之间的距离较小，此时采用实施例1中所述公式进行计算，得到D＝0.413，从图3中，可以见到，当t为20s左右时，两个曲线之间的距离较小，通过公式进行计算，得到D＝0.308，因此，该步骤下初步判断该发电机定子绝缘中绕组2与绕组3疑似存在绝缘水平下降的情况。然后进一步利用在线局放检测方法对疑似绝缘损坏的绕组进行精确判断。
最后，以绕组2端部为例进行局放检测，测得的原始局放信号如图5所示。该信号可以看出有局放突起的现象，表明该绕组端部确实存在绝缘破损的现象，需要进行维修或者更换。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在于：包括，
对定子绝缘进行外观检查，判断是否有外表污损情况；
对待检定子绝缘进行直流极化电流检测并判断该绕组是否存在绝缘水平下降的情况；
当待检定子绕组存在绝缘水平下降的情况时，对待检定子绝缘进行在线局部放电检测。
2.如权利要求1所述的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在于：对待检定子绝缘进行直流极化电流检测包括如下步骤：
对检测定子绕组样品进行极化电流测定，得到极化电流变化数值；
对检测定子绕组样品进行去极化电流检测，得到去极化电流变化数值；
将极化与去极化检测电流归一化到标准容量温度；
将测定电流的变化情况进行绘制分析，判断检测样品绝缘水平；
根据对各相绕组的绝缘测试得到的极化电流曲线与去极化电流曲线间的相对距离，确定该绕组是否存在绝缘水平下降的情况。
3.如权利要求2所述的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在于：将极化与去极化检测电流归一化到标准容量温度时，采用如下公式进行：
式中，C为发电机定子绝缘绕组电容值，Kt为温度t时的绝缘电阻温度系数。
4.如权利要求3所述的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在
ileak(t)代表绝缘漏电流。
5.如权利要求4所述的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在于：对检测定子绕组样品进行去极化电流检测时，采用如下公式进行：
idisc(t)＝VC0(δ(t)+f(t)-f(t+tc))
式中，tc为在绝缘层上施加电压的时间，由于f(t)是时间的单调递减函数，当理想条件下tc趋于无穷时f(t+tc)＝0，故上式为：
idisc(t)＝VC0(δ(t)+f(t))
式中，f(t)为介电响应函数，f(t)＝At-n，C0为真空容量。
6.如权利要求5所述的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在于：同一时间点下将极化与去极化检测电流曲线间的距离通过下式计算：
7.如权利要求2～6任一所述的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在于：在对待检定子绝缘进行在线局部放电检测时，局部放电参数有最大放电量、起始放电量、放电次数、脉冲高度和相位分布图等。
8.如权利要求2～6任一所述的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在于：在同一时间内，极化电流曲线与去极化电流曲线之间的垂直距离小于0.1cm时，则说明定子绝缘水平较好。
9.如权利要求2～6任一所述的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在于：在同一时间内，极化电流曲线与去极化电流曲线之间的垂直距离在0.1cm和0.3cm之间时，则说明定子绝缘水平下降。
10.如权利要求2～6任一所述的燃气机组发电机定子绝缘水平检测方法，其特征在于：在同一时间内，极化电流曲线与去极化电流曲线之间的垂直距离大于0.3cm时，则说明定子绝缘水平较差。
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