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贾素云 罗洪淼
大同第二发电厂 山西大同037043
大型发电机定子绕组在进行直流耐压试验时，有时会出现三相泄漏电流相差太大，且泄漏电流随电压不成比例上升或突变的情况，这些异常情况表明发电机定子绕组绝缘存在缺陷。找到缺陷所在部位并予以消除，对提高发电机的健康水平具有重要意义，但有时定子绝缘的局部缺陷是不容易查找到的。以下介绍一种简单有效地检测发电机定子绝缘局部缺陷的方法——U形探测器法。
1 U形探测器法的原理
1．1 绝缘缺陷与泄漏电流变化的关系
绕组一相或一个支路的绝缘虽然能承受规程规定的直流和交流耐压试验的电压，但当其泄漏电流较其它相或支路高出许多时，说明绝缘内部存在某种缺陷。在进行直流耐压试验时，通常采用逐级升压的方法，在每一级电压处读取加压后1min时泄漏电流的数值，根据这些读数即可以分析绝缘的吸收现象。将试验结果绘成泄漏电流与外加电压的关系曲线，从曲线的变化可以分析绝缘缺陷的性质和严重程度。
1．2 槽部和端部绝缘泄漏电流特性
当发电机定子绕组线棒施加直流电压时，流过绝缘的泄漏电流有2种路径：（1）槽部泄漏电流主要流过固体绝缘层；（2）端部的泄漏电流大部分流过绝缘表面，两种情况下泄漏电流与电压的关系曲线是不同的。前者泄漏电流表现在流过被试品的固体体积；而后者泄漏电流则主要表现在流过被试品的表面。为了更进一步地说明这一问题，分别对云母板体积泄漏电流和表面泄漏电流与直流电压的关系特性进行描述。
1．2．1 槽部绝缘泄漏电流特性
流过线棒槽部主绝缘的泄漏电流随电压呈非线性增加，直到绝缘击穿之前其体积电导比初始值增加不超过几十倍，相应地泄漏电流数值增加也不多。图1表示面积为20 cm2，厚度为0．25mm的云母板在空气中和在油中的体积泄漏电流与直流电压的关系。根据计算得知，击穿瞬间试品的电导比初始值约增加5倍，但在40 kV电压下的泄漏电流还不超过0．15μA，试品初始绝缘电阻为106 MΩ，到击穿以前尚未降到2．5×105MΩ，而发电机定子绕组在良好绝缘状态下的绝缘电阻达几千MΩ。从上述变化关系可以看出，槽部绝缘即使存在缺陷，其泄漏电流与外加电压的关系曲线或绝缘电阻与外加电压的关系曲线在绝缘击穿以前都未见异常变化。
1．2．2 端部绝缘泄漏电流特性
当距槽口有一定距离的端部存在穿透性缺陷时，泄漏电流的路径是：从缺陷点流经绝缘表面到邻近的接地体。当电压升高到某一数值，泄漏电流与外加电压关系曲线出现拐点，过拐点后曲线不成比例地急剧增加，当接近于击穿电压时，表面电导可能比初始值增加几百倍，即泄漏电流也相应地增加。图2表示云母板绝缘的表面泄漏电流与电压的关系。试品在25 kV电压闪络之前，泄漏电流增加到15μA，相当于绝缘电阻降低到1 700MΩ（当绝缘电阻降到这样低的数值时，定子端部绝缘的泄漏电流常会发生明显的变化）。
当槽部绝缘严重分层并形成弯曲的贯穿性通道时，即有较长的泄漏路径时，泄漏电流与电压关系的特性曲线与端部绝缘某处有穿透性缺陷时对应的特性曲线相类似，实际上这种情况比较少见。
1．2．3 微安表摆动
在录制泄漏电流与外加电压关系曲线的过程中，有时发生这种情况：当电压升高到某一数值时，微安表指针大幅摆动，可能是端部线棒的缺陷对某一接地体放电引起的，应该及时监视被试相线棒绝缘的表面状态，找出缺陷部位。
1．3 检出线棒绝缘内部存在某种缺陷的方法
（1）提高直流试验电压值，这种方法对设备及人身安全都带来一定的危险，有时提高电压值也未必能找出缺陷；
（2）将泄漏电流大的相或分支按1／2、1／4…等分，逐步分解查找，这种方法要求焊开许多接头，工作量大，大修工期不好估计，且大量的拆除线棒会造成新的缺陷，有时甚至找不到故障点；
（3）采用U形探测器法能简便、有效地检出端部有缺陷的线棒。
2 U形探测器法
U形探测器由一个内部装有电阻分压器的绝缘管及U形金属电极组成。探测器经过限流电阻R5与微安表连接。U形电极固定在绝缘管的一端。试验时，被试相（或分支）加1．5～2．0倍电压，将U形电极逐个插入被试线棒的端部，沿表面纵向移动，当电极移到靠近缺陷部位时，微安表指示值急剧增大，甚至在U形电极与缺陷部位之间出现火花，泄漏电流最大或火花出现的部位即为缺陷部位。图3为U形探测器的原理接线图。
3 检测实例
1999年7月我厂6号发电机大修前试验，发现其三相泄漏电流（直流耐压试验）严重不平衡，但通过了交流耐压试验。直流耐压试验结果见表1。
B相泄漏电流在20、30、39．375 kV电压下不成比例地上升，因此怀疑B相绝缘存在缺陷。为了判断是B相对地绝缘存在缺陷，还是B相对其它两相绝缘存在缺陷，又进行了B相对地和B相对A、C两相的直流试验和整体的电位外移试验，综合分析认定是B相对铁心绝缘存在缺陷，但B相绝缘缺陷的具体部位尚不确定。如何确定缺陷部位，我们根据U形探测器法的基本原理，制作了一套探测仪。具体探测方法是：对发电机有绝缘缺陷的绕组施加直流电压，用自制的探杆（绝缘杆头上包上导电铜布）与100 MΩ电阻和微安表串联后接地，并在电阻两端接静电电压表，工作人员站在垫有绝缘板的发电机膛内用探杆依次测量各绝缘部位的电压值和泄漏电流值，泄漏电流大和电压值突然增大的部位即为缺陷部位。因此我们对6号发电机B相绕组施加直流电压15 kV，用自制探杆在B相绕组汽、励两侧槽口进行探测，发现在励侧第18、19槽下层线棒渐开线拐点距槽口10 cm处电位高达2 300 V，泄漏电流为47μA，远高于其它部位泄漏电流，因此可以初步断定该处绝缘存在缺陷。后经检修人员拆除18、19号槽上层线棒后发现，18、19号槽的下层线棒绝缘严重磨损，磨损深度约4 mm、宽度约2 mm、长度约15 mm，呈刀口状缺口，若带缺陷继续运行，必将造成因发电机端部绝缘缺陷而使发电机烧损的重大事故。
4 试验结果分析
6号发电机B相18、19号槽线棒经检修人员更换后，我们对更换的新线棒和6号发电机整体进行了大修后试验，其直流试验记录见表2。
表2可见，三相电流平衡，端部电位为零，大修后的其它试验全部合格。
采用直流泄漏法发现了6号发电机存在的绝缘缺陷，由此可以得出结论：
（1）直流耐压及泄漏电流测量是发现定子绕组端部缺陷的一种有效的方法，应引起重视，同时应严格按规程要求进行考核。当三相泄漏电流严重不平衡时，即使交流耐压试验通过，也要找到泄漏电流不平衡的原因。
（2）当用常规方法不能确定缺陷部位时，可以采用本文介绍的方法进行查找。
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