白鹤滩左岸电站定子绕组交流耐压试验电源配置.pdf

35第 46 卷 第 10 期2023 年 10 月Vol.46No.10Oct.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation1 引言白鹤滩左岸电站发电机具有电压高、对地电容大的特点，定子绕组交流耐压需要的电源容量大。在定子下层绕组分瓣耐压和完成整体绝缘后的分相耐压前，预先计算试验所需的电源电流、容量等参数，合理选择 400 V 交流电源和试验设备，可以做到一次耐压成功，避免周折。2 发电机主要参数额定容量 1 000 MW，额定功率因数 0.9，额定电压 24 kV，定子绕组单相绕组对地电容 3.53 F，定子绕组线槽数 810 槽。3 定子下层绕组下线后的分瓣耐压3.1 分瓣耐压数据理论计算定子绕组的每相对地电容和每相的绕组数可以近似认为成正比，每相的绕组数为 2810/3 槽，则每根绕组的对地电容为 3.53 F/（2810/3）=0.006 537 F。假定分 2 瓣对定子下层绕组进行耐压，则每瓣 的 对 地 电 容 为 4053.53 F/（2810/3）=2.647 5 F。根据 GB/T 8564-2003水轮发电机组安装技术规范 可知，定子下层绕组耐压的标准是 UT=2.5UN+2 kV=2.524+2=62（kV）。已 知 耐 压绕组的电容和电压，计算 2 瓣相应的高压电流为IH=UHC=314621032.647 510-6=51.54（A），由此可以计算出高压容量 SH=UTIH=6210351.541=3 195.6(kVA)。假定水轮发电机定子绕组交流耐压的谐振品质因数为 12（经验值），品质因数也可以近似认为是高压容量与输入低压容量之比，则需要的低压容量 SL=SH/12=3 195.6/12=266.3（kVA），低压电源采用 400 V，则低压电流 IL=SL/UL=266.3/0.4=665.7（A）。白鹤滩左岸电站首台发电机（1 号机组）下层绕组耐压时，试验电源取自主安装间，距离 1 号机组较远，距离约 420 m。到 1 号机组的配电方式是：从 1 250 kVA 的施工变接 3240+120 的电缆到 4号机组段的分电盘，电缆长约 240 m；再从分电盘接 3185+90 的电缆到串联谐振试验装置，该段电缆长约 180 m，电缆长了不宜锯短。试验时调压变使用的电源是 2 相，计算电缆的回路电阻和电阻性压降。电阻计算公式：R=L/S第一段电缆每相电阻R1=0.017 8（240/240）=0.017 8（）第二段电缆每相电阻R2=0.017 8（180/185）=0.017 3（）收稿日期：2023-07-05作者简介：郑少平（1964-），男，正高级工程师，从事水电站机电安装，技术管理工作。白鹤滩左岸电站定子绕组交流耐压试验电源配置郑少平，张辉琴，余珍昌（中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810003）摘 要：通过描述白鹤滩左岸电站首台机组定子绕组下层分瓣交流耐压和整体分相交流耐压电源的计算过程，总结定子绕组交流耐压试验对电源配置的要求，并针对白鹤滩电站发电机具有电压高、对地电容大、交流耐压需要电源容量大等特点进行进一步阐述，发现了试验电源对定子绕组交流耐压的影响规律，使得从理论上提前解决试验时出现的一些问题，供同类型大型水轮发电机定子绕组耐压试验参考。关键词：白鹤滩；定子绕组；交流耐压；电源；容量中图分类号：TV738文献标识码：B文章编号：1672-5387（2023）10-0035-03D O I：10.13599/ki.11-5130.2023.10.01136第 46 卷水 电 站 机 电 技 术来回电阻 R=2（0.017 8+0.017 3）=0.0702（）在试验中可产生的最大压降U=665.70.070 2=46.73（V）电源电压为 400 V，经过这个压降后，电压降为 353.27 V，试验时 353.27 V 低于一般 400 V 设备90%低压动作值 360 V，故下层线圈分 2 瓣耐压可能会因低电压动作而试验难以进行，下层线圈分 2瓣耐压无法进行。假定分 3 瓣对定子下层绕组进行耐压。重复上述耐压试验的公式计算，定子下层分 3 瓣的对地电容是 2703.53/（2810/3）=1.765（F）。定 子 下 层 绕 组 耐 压 试 验 值 UT=2.5Un+2=2.524+2=62（kV），计算定子下层分 3 瓣耐压时高压电流为 IH=314621031.76510-6=34.36（A），高 压 容 量 SH=6210334.36=2 130.4（kVA），低 压 容 量 SL=2 130.4/12=177.53（kVA），低 压 电 流IL=177.53/0.4=443.8（A），电源电缆距离相同，此时低压电缆上产生的电阻性压降 U=443.80.070 2=31.2（V），耐压设备可用电压为 400-31.2=368.8（V），高于低电压脱扣动作值，可知，定子下层绕组分 3 瓣进行交流耐压方案可行。将定子下层分 2 瓣和分 3瓣的计算数据进行对比，见表 1：表 1 定子下层分 2 瓣和 3 瓣的计算数据对比表2 瓣3 瓣高压电流/A51.5434.36高压容量/kVA3 195.62 130.4低压容量/kVA266.3177.53低压电流/A665.7443.8低压电缆压降/V46.731.2供电末端电压/V353.3368.83.2 分瓣耐压谐振匹配复核检查在确定电源条件满足对下层线圈耐压后，还要进一步复核串联谐振设备的搭配能不能覆盖分 3 瓣时每瓣的电容值。谐振的条件：L=1/（C）计算试验电感量L=1/（3143141.76510-6）=5.746（H）串联谐振设备配置电感有 2 只 11 H 固定电感，1 只 12 H 固定电感，一台可调电感 8.4150.66 H。计划选用 1 只 11 H 电感与可调电感并联。设需要的可调电感值为 LR，根据下列公式计算：1/5.746=1/LR+1/11,可知 LR=12.03（H），LR在可调电感的调节范围内，谐振条件满足，根据串联谐振试验接线图进行现场试验设备的接线，具体接线详见试验接线图 1。图 1 下层绕组耐压串联谐振设备接线图3.3 分瓣耐压试验结果根据上述可知，1 号机组定子下层绕组交流耐压采用分 3 瓣进行耐压（即 810/3=270 根）试验，为了便于现场试验设备的布置和操作便利，根据槽号将定子下层绕组分为 189458、459728、729188三组，具体试验数据详见表 2。表 2 下层绕组交流耐压试验结果槽号189458459728729188电源电压/V382.6379.1384.9电源电流/A389393385调压器输出电压/V258.6263.3258.3调压器输出电流/A484493486高压侧电/kV62.062.062.0高压侧电流/A33.434.033.5耐压时间/min111试验结论耐压通过耐压通过耐压通过在试验准备开始前测量电源电压时发现，电源电压比理论计算值要低，分析发现，因在计算中忽略了电缆导线的自身电抗值，从而导致电源电压的降低。于是将施工变输出电压调整到了 10.25 kV/400 V档，调整后施工变输出约 410 V。下面是实际试验时的每瓣高压电流 34.0 A、电压 62.0 kV，低压电流389 A、电压 379 V，换算谐振品质因数约为 14.17。后续机组在下层绕组分瓣耐压时，如果离电源距离近，下层绕组可分 2 瓣耐压，固定电抗的配备要重新计算。4 定子分相整体耐压根据 GB/T 8564-2003水轮发电机组安装技术规范可知，定子分相整体交流耐压电压UT=2UN+3 kV，即 51 kV。计算试验高压电流 IH=UHC=314511033.5310-6=56.53（A），计37第 46 卷水 电 站 机 电 技 术算高压容量 SH=UTIH=5156.53=2 883（kVA），计算低压容量，假设谐振品质因数为 12（经验值），SL=SH/12=2 883/12=240.25（kVA），试验电源 400 V 低压侧电流 IL=240.25/0.4=600.6（A）。因 1 号机组离供电电源侧较远，为满足交流耐压对电源的要求，需要在 1 号机旁增设一台 1 250 kVA 施工变以便为定子整体交流耐压供电，以此来降低长距离电缆压降，串联谐振耐压装置之间使用约 30 m 的 3240 电缆进行连接。待试验结束后，便移走增设的一台试验变。表 3 定子绕组整体分相交流耐压试验结果试验相别A 对 BC 及地B 对 AC 及地C 对 AB 及地电源电压/V381382380电源电流/A1 1001 0071 105调压器输出电压/V401.0418.3403.4调压器输出电流/A835830849高压侧电/kV515151高压侧电流/A53.753.654.4耐压时间/min111试验结论耐压通过耐压通过耐压通过可以从分相整体交流耐压试验结果可以看出，试验高压 51 kV、电流 54.4 A，400 A 侧电流 1 100 A、电压 381 V，换算谐振品质因数约为 6.66。与计算的 400 V 输入电流与实际偏差较大和谐振品质因数偏差也较大。通过对分瓣交流耐压试验和分相交流耐压试验的观察和分析，发现分瓣耐压时，电晕小、声音小，则有功损耗也小；而在分相整体耐压时，电晕大、噪声大，造成的有功损耗也大，谐振品质因数低。建议在今后发电子定子绕组整体耐压时，400 V交流配电容量要预留充足一些。5 激励变压器输出抽头选择串联谐振激励变压器输出抽头有 8.1 kV 和8.57 kV 两档，其档位的选择需合理的选用。在设备耐压试验时达到所需的高压电压、高压电流是一定的，那么相应的设备容量一定，假定谐振品质因数一定，所需的低压容量一定了。对激励变压器来说，输出抽头选高一点的电压，其输入电压就会低一些，但需要的总容量是一定的，势必造成其输入的电流会多一些。再往前推，试验用的调压器是接触型的，那么就会造成调压器的输出电流多一些，大电流对调压器的滑动触头是不利的，故激励变压器一般优先选择电压低的输出抽头。建议在今后试验中参考借鉴。6 结论本文中定子绕组下层分瓣交流耐压和整体分相交流耐压试验计算所用的都是常规公式，按计算结果配备了试验电源容量，并留有一定的余量，通过对交流耐压所用数据的合理推算，将影响试验结果的一些风险因素提前科学解决，有效解决了试验过程中因电压不足跳闸、电缆发热和调压器滑动触头起弧等问题，避免了造成设备损坏和试验工期的延期。在今后的发电机定子绕组交流耐压试验过程中还应注意多积累经验，为此项试验提供跟多借鉴参考的数据。