关于发电机定子绕组绝缘电阻测量及最低允许值的分析

冯复生
华北电力科学研究院，北京100045 1　引言
发电机定子绕组绝缘电阻测量是最常用的诊断方法之一。由于其方法简单、方便，通常作为判断发电机定子绕组绝缘受潮、表面脏污程度以及判断绝缘裂痕等缺陷的有效手段之一，尤其采用三相绝缘电阻以及和以往绝缘电阻值相比较的方式，可以判断绝缘是否受潮，此外还可做为定子绕组耐压试验或投运的重要判据。
但由于影响绝缘电阻测量值的因素较多，有的标准中对于其最低允许值并没有作出明确规定，同时绝缘电阻值与定子绕组绝缘强度间也不存在明确的关系，无法直接由绝缘电阻值判断定子绕组的电气强度或由所测值的大小确定发生电气故障的可能。
目前国内外资料中表明绝缘电阻值与温度关系的表达式也极不统一，使所测值有时无法和以往测量值进行比较，因而不能了解到定子绕组绝缘的真实状态。
本文对目前国内外采用的绝缘电阻与温度的关系，以及制造部门、运行部门推荐的绝缘电阻最低允许值作了系统比较，推荐了合理的最低允许值，同时对试验要求以及大型发电机定子绕组绝缘电阻测量方法、要领做了具体介绍。
2　不同温度下定子绕组绝缘电阻换算公式
2．1　定子绕组绝缘电阻与温度关系的表达式文献［1］所推荐公式为

·B级热固性绝缘

R₁＝R₂×1．6^（^t₂^－^t₁^）^／¹⁰（1）
式中　R₁为测量温度为t₁时的绕组绝缘电阻值，MΩ；R₂为换算至温度t₂时的绕组绝缘电阻值，MΩ；t₁为测量时的温度，℃；t₂为要换算的温度，℃。

·热塑性绝缘

R₁＝R₂×2^（^t₂^－^t₁^）^／¹⁰（2）

文献［2］所推荐公式为

·B级绝缘

R_c＝K_t×R_t（3）

式中　R_c为换算至40℃时的绕组绝缘电阻值，MΩ；R_t为测量温度为t时的绝缘电阻值，MΩ；K_t为绝缘电阻温度换算系数。
换算至40℃时，不同温度下绝缘电阻温度换算系数见图1，绝缘电阻换算至40℃及75℃时的绝缘电阻温度换算系数见表1。

图1　定子绕组B级绝缘换算至　

　40℃时

表1　换算至40℃及75℃时的K_t值

　
文献［3］所推荐公式为

B级绝缘

　R₇₅＝K_t×R_t（4）

式中　R₇₅为换算至75℃时定子绕组的绝缘电阻值，MΩ；R_t为测量温度为t时定子绕组的绝缘电阻值，MΩ；K_t为绝缘电阻温度换算系数。

不同温度下绝缘电阻温度换算系数见表2所示。

表2　不同温度下的K_t值（换算至75℃）

2．2　各种表达方式之间相互关系分析
定子绕组施加直流电压后，吸收电流及电导电流将随试品温度的改变而变化，当试品温度在较小范围内变动时，电导电流与试品温度的近似关系可由式（7）表示，电导电流随试品温度上升而增大。
I＝I₀ e^α^t（5）
式中　I为温度为t时的电导电流；I₀为0℃时的电导电流；α为温度系数。
而定子绕组绝缘电阻与温度的关系可由式（6）表示，绝缘电阻随试品温度上升而下降。 R＝R₀ e^－^α^t（6）
两边取对数得 lnR＝lnR₀－αt（7）
式中　lnR₀为常数，由上式可知，lnR与温度呈线性关系；α代表直线的斜率。
式（1）～（4）表达方式不一，通过换算统一归算到式（6）时可求得α值如表3所示。

表3　国内及美、前苏联所采用的不同换算公式下的α值

注：表中α为B级绝缘温度系数，对于A级绝缘则为0．025。
表3显示出绝缘电阻采用不同换算公式后的差异，而国内B级绝缘采用的换算公式，即R₁＝R₂×2^（^t₂^－^t₁^）^／¹⁰与文献［2］推荐的换算公式相吻合，与文献［1］所采用的换算公式，即R₁＝R₂×1．6^（^t₂^－^t₁^）^／¹⁰有较大差异。

3　定子绕组绝缘电阻最低允许值的规定及比较
3．1　有关定子绕组绝缘电阻最低允许值的规定

文献［4］中对于发电机定子绕组绝缘电阻最低允许值在大修时没有作出规定，而新机投产前及大修时是否需要对定子绕组进行干燥作了相应规定。　

（1）文献［5～7］中规定，发电机定子绕组在干燥后接近工作温度时，用2500V兆欧表测量对地及相间的绝缘电阻值应不低于按下式计算所得的数值：

（8）
式中　R为绝缘电阻值，MΩ；U为发电机定子绕组的额定电压，V；P为发电机额定功率，kVA。
文献［6］要求绝缘电阻在热状态或温升试验后测量，但没有明确规定定子绕组温度；文献［7］规定为换算至100℃时的绝缘电阻值。国标中有关规定也相差较大。
（2）文献［2］［4］中规定发电机和同步调相机大修中更换绕组时，容量为10MW（MVA）以上的定子绕组绝缘状况应满足下列条件，而容量为10MW（MVA）及以下者满足下列条件之一者，可以不经干燥便投入运行：
①沥青浸胶及烘卷云母绝缘分相测得的吸收比不小于1．3或极化指数不小于1．5，对于环氧粉云母绝缘吸收比不小于1．6或极化指数不小于2．0。水内冷发电机的吸收比和极化指数自行规定。
②在40℃时三相绕组并联对地绝缘电阻值不小于（U_n＋1）MΩ（取U_n为kV值，下同）；分相试验时，不小于2（U_n＋1）MΩ。若定子绕组温度不是40℃时，绝缘电阻应进行换算。
（3）文献［3］规定定子绕组采用气体（空气或氢气）冷却的发电机和调相机，不经干燥投入运行的条件为：
1）温度不低于10℃时测得的绝缘电阻应该不低于式（8）的给定值，即实测值通过换算应不低于式（8）75℃状态下的最低允许值。
2）10℃～30℃时测得的吸收比不小于1．3。

3）由直流泄漏电流和直流试验电压关系决定的

示最高试验电压及相应泄漏电流，U₂、I₂表示第一级试验电压及相应泄漏电流）。
（4）文献［1］规定交流耐压试验合格的发电机，当其绝缘电阻在接近运行温度时，或环氧粉云母绝缘的电机在常温下不低于其额定电压每kV 1MΩ时，可不经干燥便投入运行。此时要求各相绝缘电阻的不平衡系数不大于2；吸收比不小于1．6 。
3．2　不同标准及换算公式下，定子绕组绝缘电阻最低允许值的比较

为了解各种标准规定的差异以及不同温度下绝缘电阻换算结果的不同，下面以300MW（353MVA、20kV）汽轮发电机为例进行说明。

（1）文献［2］推荐的绝缘电阻最低允许值规定，在40℃时除吸收比或极化指数合格外，每相定子绕组对地最低绝缘电阻值不低于2（U_n＋1）MΩ。以该机为例，应不低于42MΩ。采用三种不同温度下定子绕组绝缘电阻的换算公式^［¹^～³^］后的计算结果见表4。

由表4可以看出，三种换算结果有较大差异，换算至75℃时相差约2～3倍。

表4　在40℃时每相绕组对地绝缘电阻按42MΩ要

采用不同换算公式的所得值

（2）按文献[5][6]规定，汽轮发电机定子绕组在干燥后接近工作温度时，用2500V兆欧表测量对地及相间的绝缘电阻应不低于式（8）的值，该机计算结果为4. 42MΩ。采用三种在不同温度下定子绕组换算公式的结果见表5。

由表5可见，当发电机的工作温度在70℃、75℃时所得绝缘电阻值，按文献[2]换算公式推算至40℃时的绝缘电阻值为35-50MΩ，说明文献[5]和[6]规定的最低绝缘电阻值与文献[2]基本相近，而按文献[1]和[3]推荐的换算公式所得的40℃时的绝缘电阻值差异较大。

表5 在热状态下每相绕组对地绝缘

电阻按4.42MΩ要求,采用不同换算公式所得值

（3）按1985年部颁《电气设备预防性试验规程》规定，当绕组工作温度在75℃时，每相绕组的绝缘电阻按定子额定电压计算，要求大于每kV1MΩ，该机按要求为20MΩ。采用三种在不同温度下定子绕组换算公式的结果见表6。
由表6可以看出，在70℃、75℃时，每相定子绕组对地最低绝缘电阻按每kV MΩ标准要求，此允许值与文献［2］［6］有关规定相差较大。

表6　在75℃下每相绕组对地绝缘电阻按　

　20MΩ要，采用不同换算公式所得值