Гидрогенераторы. Повреждения и ремонт - Испытание изоляции обмоток повышенным напряжением

ИСПЫТАНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ ПОВЫШЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Выбор оборудования.

Для проведения испытаний изоляции большое значение имеет правильный подбор и укомплектование объекта измерительной аппаратурой и испытательным оборудованием. Для этого должны быть известны основные технические данные гидрогенераторов (тип, мощность, напряжение, частота вращения ротора, число пазов, емкость, тип обмотки статора, возбудитель и т. д.). Эти данные берутся из заводского паспорта или каталога на генераторы соответствующей серии. При отсутствии данных по электрической емкости фазы статора генератора приближенное значение ее, мкФ, может быть определено по формуле

Так как иногда необходимая мощность испытания превышает мощность имеющихся в наличии трансформаторов, прибегают к ее уменьшению путем компенсации емкостного тока испытуемого объекта. Компенсация производится подключением параллельно испытуемой изоляции индуктивности (дугогасящие катушки или специально изготовленные дроссели) [28].
Когда номинальное напряжение испытательного трансформатора не соответствует требуемому испытательному напряжению, возможны схемы последовательного включения двух трансформаторов (рис. 9.18).
Для отдельных видов испытаний могут быть использованы измерительные трансформаторы напряжения НОМ. Схемы их включения приведены на рис. 9.18.
Измерения при испытаниях производятся на стороне высшего напряжения (рис. 9.19).

Рис. 9.18. Схемы удвоения испытательного напряжения:
ИПТ — изолирующий промежуточный трансформатор; НОМ — однофазный трансформатор напряжения

Для защиты от случайных опасных повышений напряжения используются шаровые разрядники. Они состоят из латунных шаров диаметром до 10 см, монтируемых на бакелитовых стойках, из которых один закреплен неподвижно, а второй перемещается по направляющим. В зависимости от необходимой величины напряжения пробоя с помощью микрометрического винта устанавливается расстояние между шарами.

Рис. 9.19. Схемы измерения напряжения при испытании повышенным напряжением с помощью трансформаторов напряжения

Источником испытательного напряжения является испытательный трансформатор однофазного тока, специально предназначенный для этой цели, однако при испытании на местах установки ввиду отсутствия специальных приходится применять обычные силовые трансформаторы, большей частью трехфазные.

Источником питания испытательного трансформатора также может быть и отдельный синхронный генератор, но так как испытательный трансформатор представляет для него однофазную нагрузку, искажающую форму кривой напряжения генератора за счет обратно-синхронной составляющей поля реакции якоря, то необходимо, чтобы мощность этого генератора значительно превосходила мощность, потребляемую трансформатором.
При испытании испытательного трансформатора сетевым напряжением регулирование трансформаторного испытательного напряжения производится с помощью индукционного или автотрансформаторного регулятора, плавно изменяющего подводимое к трансформатору напряжение. Желательно, чтобы регулятор не был насыщен, так как в противном случае в кривой его намагничивающего тока будет содержаться более или менее явно выраженная третья гармоническая, которая будет создавать падение напряжения на активном и реактивном сопротивлениях намагничивающей обмотки самого регулятора и питающей его линии, в результате чего подведенное напряжение будет искажено. Вместе с тем исказится и его выходное напряжение, подводимое к испытательному трансформатору, а следовательно, и трансформированное им испытательное напряжение, прикладываемое к объекту испытания.

Мерой степени насыщения регулятора служит его характеристика холостого хода, т. е. зависимость намагничивающего тока от подводимого напряжения; регулятор можно считать ненасыщенным в тех пределах этого напряжения, в которых характеристика еще остается прямолинейной. Чем больше зазор между неподвижной и подвижной частями индукционного регулятора, тем дольше сохраняется эта прямолинейность. В этом отношении автотрансформаторные регуляторы, имеющие ничтожные зазоры между пакетами или в стыках листов сердечника, уступают индукционным регуляторам, хотя выгодно отличаются от них большей жесткостью внешней характеристики, т. е. зависимостью напряжения от тока нагрузки. По этой причине рекомендуется выбирать номинальное напряжение индукционного или автотрансформаторного регулятора выше линейного напряжения питающей его сети, например 500 В при напряжении сети 380 В.

Таблица 9.8. Объем и нормы пооперационных испытаний обмотки статора генератора при ремонте

Продолжение табл. 9.8

Таблица 9.9. Объем и нормы пооперационных испытаний изоляции обмотки ротора гидрогенератора при ремонте

Примечания: 1. Если при частичной замене изоляции при испытаниях по нормам наблюдается пробой не менее пяти катушек и устанавливается общее неудовлетворительное состояние обмотки, а по условиям работы энергосистемы и наличию запасных частей нельзя выполнить полную замену изоляции обмотки ротора, то испытательное напряжение оставшейся части обмотки, а также испытательное напряжение при сдаточных испытаниях устанавливается по согласованию с Главтехуправлением, но не ниже 1,5 кВ.

1. При полной замене изоляции обмотки старые контактные кольца, токопроводы и щеточные траверсы могут быть использованы без переизолировки только в том случае, если они выдержали испытания. В противном случае изоляция должна быть заменена.
2. Изоляция контактных колец испытывается по отношению к корпусу и между собой.
3. Витковая изоляция испытывается приложением напряжения к концам катушки в течение 5 мин при температуре 120—130 °C и давлении, равном 0,75 давления, развиваемого при опрессовке изоляции.

Если тем не менее приходится применять регулятор, насыщением которого пренебрегать нельзя, в качестве средства для очищения его выходного напряжения от  третьей гармонической может быть применено включение балластного сопротивления параллельно испытательному трансформатору. Чем больше мощность, поглощаемая в этом сопротивлении, тем меньше будет относительное содержание третьей гармонической в токе, потребляемом от сети, следовательно, тем меньше будет искажение напряжения, подводимого к регулятору. Поскольку водяные реостаты не позволяют плавно регулировать напряжение, применять их для испытания изоляции категорически запрещается.
Испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты 50 Гц производится для выявления дефектов изоляции. По результатам испытания выносится окончательное суждение о возможности нормальной работы гидрогенератора. Изоляция обмоток испытывается на электрическую прочность относительно корпуса, между фазами и между витками. Объем и нормы пооперационных испытаний изоляции обмотки статора гидрогенератора при ремонте приведен в табл. 9.8, а ротора —  в табл. 9.9.
При капитальных ремонтах и при межремонтных профилактических испытаниях гидрогенераторов изоляция обмоток испытывается сразу после остановки до очистки изоляции от загрязнений. У гидрогенераторов с водяным охлаждением обмоток изоляции обмотки статора испытываются при циркуляции в системе охлаждения дистиллята с номинальным расходом.
Время приложения испытательного напряжения ограничено во избежание появления дефектов в изоляции и преждевременного старения: для корпусной изоляции — до 1 мин, для межвитковой — до 5 мин. Продолжительность испытания межвитковой изоляции больше потому, что запас электрической прочности у витковой изоляции значительно выше, чем у корпусной. 

Рис. 9.20. Схема испытания повышенным напряжением промышленной частоты до 35 кВ

Указанное время обычно достаточно для осмотра обмотки во время ее испытания и выявления места пробоя. Порядок испытаний следующий. Собирается и опробуется одна из схем (рис. 9.20—9.22) без подачи напряжения на испытательную обмотку. Проверяются требования Правил техники безопасности. Регулируется напряжение пробоя шаровых разрядников. Для этого ориентировочно по шкале микрометрического винта устанавливается необходимое напряжение пробоя. 

Рис. 9.21. Схема испытания повышенным напряжением промышленной частоты до 100 кВ

Рис. 9.22. Схема испытаний витковой изоляции

Меняя напряжение испытательной установки на холостом ходу (без подключения испытываемой обмотки), определяют по вольтметру на стороне низшего напряжения или по электростатическому вольтметру напряжение пробоя и в зависимости от этого корректируют расстояние между шарами разрядников. Оно должно не более чем на 10—15% превышать напряжение испытания. Зависимость пробивных напряжений от диаметра шаров, по которой выбирают их, приведена в табл. 9.10.
Для точного определения напряжения используются электростатические вольтметры, устанавливаемые на стороне высшего напряжения испытательного трансформатора. Они могут производить измерения на переменном и на постоянном напряжении. После опробования схемы и полного снятия напряжения испытательный электрод подключают к токоведущему выводу испытуемой изоляции и поднимают напряжение.
Скорость подъема напряжения до одной трети испытательного может быть произвольной. Далее испытательное напряжение поднимают плавно со скоростью, допускающей проведение визуального отсчета по измерительным приборам, и по достижении установленного значения поддерживают неизменным в течение всего времени испытания, после чего плавно снижают до номинального значения и выдерживают в течение 5 мин для наблюдения за характером коронирования лобовых частей.

Таблица 9.10. Зависимость максимального и минимального пробивных напряжений от диаметра шаров разрядников

При этом не должны наблюдаться сосредоточенные в отдельных точках свечения желтого и красноватого цвета, дым, тление бандажей и тому подобные явления. Голубое и белое свечения допускаются.
Испытания выпрямленным напряжением изоляции обмотки статора наряду с испытаниями переменным напряжением производятся у гидрогенераторов мощностью 5000 кВт и более. Для гидрогенераторов, находящихся в эксплуатации, значение испытательного выпрямленного напряжения принимается равным 1,6 испытательного напряжения частоты 50 Гц, но не выше напряжения, которым испытывается генератор при вводе в эксплуатацию. Нагрузка испытательного трансформатора определяется потерями, имеющими место в сопротивлении изоляции постоянному току. В качестве него можно использовать измерительный трансформатор напряжения.
Испытание изоляции выпрямленным напряжением обычно производят переносными кенотронными установками. Такие установки имеют предел выпрямленного напряжения 70 кВ и выпрямленный ток 5 мА. Методика и порядок испытаний изоляции выпрямленным напряжением аналогичны методике и порядку испытаний переменным напряжением. Дополнительно при оценке результатов испытаний учитываются токи утечки.
Токи утечки для построения кривых зависимости их от напряжения должны измеряться не менее чем при пяти равных ступенях напряжения. На каждой ступени напряжение выдерживается в течение 1 мин, при этом производится отсчет токов утечки при 15 и 60 с. По характеру изменения зависимости тока утечки от испытательного напряжения, асимметрии токов по фазам и характеру изменения тока в течение одноминутной выдержки можно судить о степени увлажнения изоляции и наличии дефектов. Если на какой-либо ступени коэффициент нелинейности достигает 3, то испытания прекращают и изоляцию подсушивают. Испытания прекращают и тогда, когда во время выдержки под напряжением ток утечки увеличивается.
Испытание изоляции выпрямленным напряжением для обмоток с непосредственным водяным охлаждением можно производить только при полном отключении всех шлангов от коллекторов.