串諧可調耐壓裝置在電站定子耐壓試驗中的應用

高云聚

（中國水利水電第七工程局機電安裝分局，四川眉山 620860）

0 引言

果多水電開發單位為華能瀾滄江水電有限公司，設計單位為中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，水輪發電機組為哈爾濱電機廠有限責任公司制造，機組出口電壓為10.5 kV，由升壓變壓器，將機組電壓升壓為110 kV 及220 kV 接入西藏昌都地區電網，主變壓器由天威云南變壓器股份有限公司和西安西電變壓器有限責任公司制造。220 kV GIS 設備為新東北電氣（集團）高壓開關有限公司制造，110 kV 為山東泰開高壓開關有限公司制造。

1 水輪發電機組概況

果多電站水輪發電機組由由哈爾濱電機廠有限責任公司制造，單機容量40 MW，發電機定子的鐵芯疊片、線棒下線等組裝，全部在現場組裝完成。組裝工藝由廠家現場指導完成，試驗依據參照GB/T 8564—2003《水輪發電機組安裝技術規范》和GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》。

2 串聯諧振試驗原理

在R—L—C 串聯電路（圖1）中：UC=I/ωC，UL=I×ωL，UR=I×R，U=UC+UL+UR；L 為純感性負載，純電感負載的電流滯后電壓90°；C 為純容性負載，純電容負載的電流超前電壓90°，因此容性無功功率可以抵消感性無功功率。當電路發生諧振時，此時的容抗（XC）與感抗（XL）相等，即：XC=XL，1/ωC=ωL，ω=，f 為諧振頻率，此時電路中的阻抗Z=，電路中的總阻抗最小，由I=U/R 可知，此時電路中電流最大。

圖1 R—L—C 電路

3 設備參數的估算

3.1 發電機名牌參數

額定容量：47.06 MW，額定頻率：50 Hz，額定電壓：10 500 V，額定電流：2587.6 A，相數：3，額定轉速：187.5 r/min。

3.2 定子繞組的電容量計算：

根據上面發電機的銘牌參數可知：發電機額定容量Se=47 060 kVA，發電機額定電壓Ue=10 500 V，發電機額定轉速ne=187.5 r/min，算出定子繞組電容量Cx。

計算可得，Cx=0.55 μF

3.3 工頻耐壓試驗變壓器的容量計算

根據標準要求，定子下層線棒的試驗電壓Us=28 000 V，根據耐壓等級，計算試驗變壓器高壓側的電流：

計算可得，I=4.8 A。

計算試驗變壓器的容量：

計算可得，S=13.5 kVA。

3.4 試驗設備選型

激勵變壓器，容量：18 kVA，輸入電壓：400 V，輸出電壓：3 kV，輸入電流：45 A，輸出電流：6 A，工作頻率：50 Hz。

可調電抗器，容量：180 kVA，額定電壓：30 kV，額定電流：6 A，可調間隙：0～320 mm，電感量：12～30 H，工作頻率：50 Hz。

控制臺，容量：18 kVA，輸入電壓：380 V，輸出電壓：0～400 V，輸入電流：45 A，輸出電流：45 A。

電容分壓器，額定電壓：30 kV，電容量：3000 pF，工作頻率：50 Hz。

補償電容器，額定電壓：30 kV，電容量：0.3 μF，工作頻率：50 Hz。

4 試驗接線及耐壓

試驗接線如圖2 所示。其中，T1為激勵變壓器；L 為可調電抗器；Ca為電容分壓器；Cx為試品。

根據廠家要求，首先要做的是下層線棒的槽電位試驗，將下層的所有線棒并聯在一起，試驗電壓為6.3 kV，按圖2 接線后，開始升壓。第一次升壓時，發現電壓升不上去，斷電檢查接線，接線正確，初步懷疑變壓器容量不夠，由于計算變壓器容量是按定子單相計算得出，而下層整體線棒多于單相的線棒，所以斷定容量不夠。解決方法是在原接線基礎上并聯補償電容（圖3）。

圖2 試驗原理接線

圖3 試驗原理接線

其中，T1為激勵變壓器；L 為可調電抗器；Ca為電容分壓器；Cx為試品；Cb為補償電容。

按圖3 接線，重新開始試驗，調整電抗將電壓升至6.3 kV 停止升壓，保持電壓，待槽電位測量結束后將電壓將至0，關閉電源。

交流耐壓試驗時，考慮到下層整體線棒容量交大，所以把下層線棒從新分成2 部分，用絕緣紙隔開，按圖2 接線，重新開始試驗。升壓過程中，根據高壓側電流，不斷調整電抗值，找到諧振點，將電壓升至28 kV 后，保持1 min，試驗結束。

因串聯諧振設備所配的可調電抗器的電感值并不是從0 開始調節，故試驗開始前應當核查被試品電容值是否匹配可調電抗器的電感，如果被試品電容不在匹配范圍內，則考慮在被試品上并聯合適的補償電容，便于更好、更快、更準確地找到諧振點。

串聯諧振試驗方法是在很低的起始激勵電壓（幾百伏）下，調節電感值使回路達到全諧振狀態，然后再進行升壓操作。同時在升壓過程中，如果被試品絕緣破損、發生擊穿，此時回路的諧振狀態被破壞、高電立即消失，從而保障人員和設備的安全。

5 其他特點

（1）串聯諧振設備能夠有效的濾波，保證通過被試品的電流基本為基波電流，輸出電壓波形的畸變率極小。

（2）閃絡后立即熄弧，熄弧后恢復諧振狀態電壓建立的過程較長（數秒）是一個穩態的建立過程，既無電壓過沖之慮，更無微秒級毫秒級瞬態過程的恢復過電壓的危險。

（3）試品閃絡或擊穿后的短路電流小，能防止擊穿后擴大對故障點的損傷。

在交流耐壓施工過程中，串聯諧振耐壓技術得到了更為廣泛的應用。