大型发电机定子线圈介质损耗因数测量方法研究

宋强义

摘要：发电机定子线圈介质损耗因数（tanδ）的大小与定子线圈绝缘的固化程度，气隙含量，材料等有关，是检验发电机定子线棒制造质量好坏的依据。定子线圈介质损耗因数的大小不仅影响线圈本身寿命，同时也对发电机整体绝缘寿命产生至关重要的影响。

关键字：大型发电机；介质损耗；因数测量

1、测试理论

线圈绝缘在不同电压下的损耗因数是发生在绝缘结构中诸多现象的最终结果。利用不同电压下介质损耗因数的测试和数据分析可以评定绝缘系统的优劣。介质损耗因数的抬头值tanδ0.2UN用于评判绝缘系统的固化状态。如果固化完全则抬头值通常与被测绝缘系统材料一致。tanδ0.2UN越小表明绝缘材料越好，绝缘结构内部固化程度越高；如果tanδ0.2UN明显高于正常值说明线圈的绝缘结构内部有异常，如绝缘材料成分异常或内部固化不完全。随着电压的升高，线圈的tanδ将会发生变化。固体绝缘中的某些缺陷，如树脂固化未完全、离子杂质成分污染、绝缘分层、浸渍未完全、粘接不牢固以及较大的空间放电损耗，都可能引发tanδ值随电压变化的增加或减小。tanδ是反映绝缘介质损耗大小的特性参数，与绝缘体积大小无关。如果被测部位绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则，有时反应就不灵敏。被试绝缘的体积越大，或集中性缺陷所占体积越小，那么集中性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质中的比重就越小，总体的tanδ增加的也越少。

2、试验设备

2.1高压电源。试验时使用的电源应为工频交流电源，电压波形为正弦波，电压频率为工业频率50/60Hz，电压额定容量应满足试品要求，电压振幅稳定性在±1.5%以内，电压波形畸变率应符合GB755的规定。

2.2测量电桥。可使用手动或自动的测量电桥，电桥应能提供被测线圈（线棒）的介质损耗因数值和电容量。设备测试介质损耗因数的误差不应超过介质损耗因数的0.2%或测试值的10%，满足其一即可。测出tanδ值的精度应控制在±（0.1×10-3+0.1tanδ）范围内。读数应以百分之一单位记录，以利结果分析。在使用西林电桥时，采用正接法，应注意屏蔽和接地。

2.3标准电容器。高压电容的准确值作为电桥电路的参考标准，电容的典型值为100pF或1000pF。电容的额定电压应高于试品最高试验电压。在额定电容电压下，电容的偏差低于-5.0%，局部放电量小于5pC。标准电容的介质损耗值应≤0.001%。

2.4电热鼓风干燥箱。热态介质损耗测试时，需用到电热鼓风干燥箱。电热鼓风干燥箱应有足够的空间放置试品，控温范围应高于试品绝缘温度等级。箱内加热温度均匀，控温精度应控制在±2℃范围内。电热鼓风干燥箱应有高压线和测量线引入口。

3、线圈介质损耗因数测试

3.1成品线圈（线棒）抽取试样数量。水轮发电机定子线圈（线棒）的常态tanδ、Δtanδ测量，按每台定子线圈（线棒）数的3%抽取试样，热态tanδ测量按每台两只试样抽取。汽轮发电机定子线圈（线棒）的常态tanδ、Δtanδ测量，按每台定子线圈（线棒）数的10%抽取试样，热态tanδ测量按每台两只试样抽取。上述抽样测量结果如果不合格则应加倍抽样试验。

3.2试样准备

清理试样表面除去浮灰，打磨棱角残余胶块。处理试样引线，应使每股导线都能与高压接线充分接触。对于一次成型防晕结构的线圈，在制造时表面已形成永久性的低阻和高阻防晕层，涂层可当做测量电极。为了避免涂层电阻对介质损耗因数测量的影响，保证测量的精确性，在线棒全部防晕层上包绕一层铝箔（铝箔厚度在0.02mm以下），在铝箔中部绑扎一根铜线作为引出线，然后用玻璃丝带扎紧作为测量电极。包绕时尽量减少铝箔下的气隙，否则测量时会产生误差。如果测量值偏大，则应将线棒防晕层的中、高阻段的测量电极上涂一薄层凡士林或硅脂，然后再进行测量。对于非一次成型防晕结构的线圈（线棒），其表面无导电层，则应按铁心长度，先涂一薄层凡士林或硅脂，然后包一层铝箔，绑扎铜引出线，再用玻璃丝带扎紧作为测量电极。使用铝箔作为保护电极，在测量电极的外侧包绕一圈。铝箔上应涂一薄层凡士林，使其与线圈（线棒）表面紧密接触。粘贴护环时应小心谨慎，避免其触碰到测量电极。保护电极宽度不小于10mm，保护电极与测量电极之间距离不大于4mm。一般控制在2mm～4mm范围之内。测量电极与保护电极端部要求平直，无锯齿状。

3.3常态介质损耗因数的测量。常态tanδ和Δtanδ测量在室温下进行。将试品放置在完全对地绝缘物品（如瓷瓶、绝缘支架等）上，试品与周围接地面应有足够的放电距离。

3.3.1接线。试样的导体与高压电源相连，测量电极与电桥测量端相连，保护电极接地，连接线选用裸铜线，缠绕在线圈（线棒）端部的每根导线上，使每股导线都电气连接，应保证其无放电。试验引线应连接牢固，以防止在试验过程中的偶然脱落。如有必要，试验引线可使用绝缘支撑架或用高介电强度的绳子绑扎固定。高压引线应与接地面保持一定距离，以防止电晕放电或者对地闪络。

3.3.2试验。介质损耗角正切（tanδ）的测量应在规定的电压点下进行，通常在0.2Un、0.4Un、0.6Un、0.8Un、1.0Un、1.2Un下进行，其中Un为线圈的额定线电压，单位为kV。例如，额定电压为24kV的线圈，tanδ应在以下电压点下测试：4.8kV（0.2Un），9.6kV（0.4Un），14.4kV（0.6Un），19.2kV（0.8Un），24kV（1.0Un）和28.8kV（1.2Un）。也可根据试验要求（应用户或制造商要求）在其它电压点下测试，比如在2kV和机组操作相电压下测试，但最低试验电压应低于线圈工作机组的额定相电压，最高试验电压应大于等于线圈工作机组的操作相电压。施加到试品上的高电压通过变压器控制台上仪表进行直接和精确的测量。

3.4热态介质损耗因数的测量。热态tanδ测量在线圈绝缘温度等级（B级130℃，F级155℃，H级180℃）和0.6Un下进行。热态介质损耗因数的测量一般是在电热鼓风干燥箱内进行。高压和测量连接线引入箱内，箱内温度分布均匀，温度控制在±2℃范围内。线圈达到规定温度时，保温一小时后再进行测量，以使被试线圈绝缘内外温度一致。如干燥箱内被试线圈个数较多，需要开门换线时，应注意箱内温度下降，关门后仍需达到规定温度，并保温约15分钟后再进行测量。

4、测量结果影响因素分析

4.1电极长度。对于线圈有异常介质损耗因数增量的局部区域，线圈上电极长度影响tanδ测试的灵敏度。Δtanδ是线圈电极长度下的平均值。可改变电极尺寸测试线圈沿长度方向上的某一特定位置。

4.2温度与湿度。试验区的温度与湿度影响测量结果，一般来说随温度、湿度的增高而变大，试验时，应记录试验区域温度与湿度值。

总之

线圈作为发电机的核心部件之一，其制造质量的优劣直接决定了发电机的工作状态及使用寿命。随着电力工业的发展，线圈的工作稳定性成为影响电机可靠性的关键因素。另一方面，线圈的运行状态很大程度上取决于线圈的制造质量，改进线圈的制造工艺，提高线圈产品质量，是保证线圈乃至整个发电机系统稳定工作的重要环节。

参考文献

[1]董海涛，刘洪伟，颜娥.大型汽轮发电机转子线圈制造工艺研究[J].大电机技术，2006，（3）：15～16.

[2]祖连惠.大型汽轮发电机定子线圈制造技术[J].电工技术杂志，1997，（1）：18～19.