烏東德水電站定子耐壓試驗分析

陳穎潤，曹 琳

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 引言

烏東德右岸電站水輪發電機組設備由GE公司制造供貨。定子機座由鋼板焊接而成，為運輸方便，機座分成6瓣，在工地組焊成整圓。在工地組焊、疊片、吊裝，調整完成后，在相應的發電機機坑內進行定子下線工作。耐壓試驗前對試驗進行了具體的分析。

2 試驗的目的依據和項目

(1) 試驗目的為檢查定子線棒整體安裝的質量情況是否達到技術要求。

(2) 試驗依據為：①水輪發電機組安裝技術規范(GB/T8564-2003)[1]；②金沙江烏東德水電站右岸電站機電設備安裝與調試工程合同； ③廠家產品技術文件； ④電氣設備交接試驗標準(GB50150-2016)； ⑤烏東德水電站850MW水輪發電機組安裝質量檢測標準。

(3) 試驗項目為：①各相、各支路直流電阻測量； ②整體分相耐壓前RTD檢查：絕緣測量和阻值測量； ③整體分相耐壓前絕緣測量； ④分相直流泄漏測量； ⑤整體分相交流耐壓； ⑥整體分相耐壓后絕緣測量； ⑦整體分相耐壓后RTD檢查：絕緣測量和阻值測量。

3 試驗前的準備工作

(1)徹底清掃定子繞組及鐵芯，用白布擦拭干凈線棒端部[2]。

(2)試驗電源連接到位，選用630A空氣開關，試驗電源線采用YCW-3×240+1×120 mm2的電纜[3]。

(3)試驗前必須進行技術交底。

(4)試驗前確認試驗儀器、儀表完好，接線正確和電源線絕緣滿足要求，全面檢查無缺陷。

(5)對試驗設備進行通電檢查，包括電壓增減操作、間隙大小操作、過電壓保護調整以及主回路通電檢查。

(6)試驗人員必須熟練掌握試驗變壓器的注意事項及操作方法。

4 試驗方法及結果分析

4.1 各相、各支路直流電阻值測量

在室溫下，測得的定子繞組各支路間的直流電阻最大與最小兩相間的差值，在校正了由于引線長度不同引起的誤差以后，應不大于測得的最小電阻值的2%。

直流電阻測量進行兩次：第一次：線棒電接頭焊接完成后，在匯流環安裝焊接前測量；第二次：匯流環及引出線等安裝完成后測量。

4.2 測溫電阻檢查

(1)整體分相交流耐壓前：用萬用表測量溫度電阻、核對應無異常，用500 V兆歐表測量絕緣電阻，絕緣電阻值應不小于100 MΩ。

(2)整體交分相流耐壓后：用萬用表測量溫度電阻、核對應無異常，用500 V兆歐表測量絕緣電阻，絕緣電阻值應不小于100 MΩ。

4.3 交流耐壓前絕緣測量

(1)定子繞組對機殼或繞組間的絕緣電阻值在換算至100 ℃，不低于2.11 MΩ。對于干燥清潔的水輪發電機，在室溫t(℃)時測得的定子繞組絕緣電阻值Rt(MΩ)應大于按下式進行修正的Rt值(MΩ)：

(1)

式(1)中，R為對應溫度100 ℃時的定子繞阻熱態絕緣電阻最低值2.11 MΩ。定子繞組的絕緣電阻值應采用5000 V兆歐表進行測量。各相絕緣電阻不平衡系數不應大于2。

(2)吸收比或極化系數。定子線棒絕緣電阻的吸收比R60S/R15S(在60 s和15 s分別測得的在40 ℃以下時的絕緣電阻值)不小于1.6，定子下層線棒絕緣電阻的極化指數R10/R1(在10 min和1 min分別測得的40 ℃時的絕緣電阻值)不小于2.0。

4.4 分相直流泄漏值測量

(1)用直流發生器進行直流耐壓測量泄漏電流，試驗電壓按每級0.5Un逐步升壓，每階段停留1 min，讀取泄漏電流值，升到試驗電壓為3Un即66 kV。

(2)每階段停留泄漏電流應不隨時間延長而增大，在規定的試驗電壓下各相泄漏電流的差別不應大于最小值的50%。

4.5 定子整體分相交流耐壓試驗

4.5.1 試驗設備參數及設備選取

交流耐壓設備是采用串聯諧振試驗變壓器，試驗設備選取主要是對可調電感和固定電感選取。基本參數如下。

額定容量： 5100 kVA,額定電壓：60 kV。

額定電流： 85A,可調電感量范圍：7.64～50.66H。

固定電抗器電感量(3臺)：電感量9.2H—2臺，電感量9H—1臺。

交流耐壓試驗分A、B、C三相進行，試驗過程中非被試相均接地[4]。試驗設備使用甲方提供的串聯諧振試驗變壓器。圖1是串聯諧振電路原理圖，L：可調電抗器的電感量；Cx：被試品電容量；R：可調電抗器的有功損耗與被試品介損等及回路綜合損耗的等效串聯電阻。當在感抗XL全等于負載電容的容抗Xcx時，實現完全諧振：

每相對地電容C0= 2.96 μF(設計值)

對應的諧振電感L0為：

L0= 1/ω2C= 3.42H

電容電流IC=UcωC = 47000×2πF×2.96×10-6

=43.70A

Uc為試驗電壓=2Ue+3kV=47kV

試驗設備輸入功率:

P=S/Q=UcIC/10 = 47×43.70/10

=205.4 kW(品質因數Q取10)

經上述計算選用可調電抗器和二節9.2H固定電抗器并聯，其電感在2.87～4.22H區間，能滿足諧振要求。

圖1 串聯諧振電路原理

4.5.2 交流耐壓試驗程序

(1)線棒焊頭連接完成、絕緣盒安裝后，中性點斷開，定子繞組進行分相整體耐壓，試驗前測溫電阻RTD進行短接并可靠接地，非耐壓相進行短接并可靠接地，試驗電壓(2UN+3.0)kV，即47 kV。試驗接線圖見圖2。

(2)分別對三相繞組線棒進行絕緣測量。

(3)將一相連線至試驗變高壓側,另兩相接地[5]。

(4)合操作電源及主電源開關。

(5)先略升壓,以給定一個很低的起始電壓,然后調節可調電感,使其達到全諧振,最后再緩緩升壓至47 kV，耐壓時間1 min。

(6)1min到后,降壓至最低,然后再跳開關。

(7)先掛接地線,再取下線棒高壓線[6]。

(8)測量絕緣,如無問題,將從第3)步開始重復下一段線棒試驗,直至試驗完畢。

(9)試驗完畢,斷開電源開關,拆除電源線及設備連線。

圖2 定子繞組整體分相耐壓試驗接線

4.6 整體分相耐壓后的絕緣測量

耐壓完成后，用5000 V兆歐表測量下層線棒的絕緣電阻，絕緣電阻跟耐壓前的絕緣相比，無突變。

5 試驗結果分析

5.1 直流耐壓試驗結果分析

表1表明，通過直流耐壓發現GE機組的定子泄漏值還是比較大的，但三相之間比較誤差還是很小。

表1 直流耐壓試驗結果分析 Un=22 kV

5.2 交流耐壓試驗結果分析

表2表明，通過交流耐壓試驗發現，設計電容和現場試驗計算電容還是有一定的誤差，所以在設備選型時還是要保持有一定的余量。

表2 交流耐壓試驗結果分析

6 結論

因為定子整體對地電容量大，交流耐壓試驗時需要采用串聯電抗器的方式進行補償電容，需要找到諧振點，減小電流，已達到最理想的諧振耐壓點。本文對850 MW級發電機組定子試驗進行了分析，為以后巨型機組試驗提供借鑒。