鄭少平，張輝琴，余珍昌

（中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810003）

1 引言

白鶴灘左岸電站發(fā)電機(jī)具有電壓高、對(duì)地電容大的特點(diǎn)，定子繞組交流耐壓需要的電源容量大。在定子下層繞組分瓣耐壓和完成整體絕緣后的分相耐壓前，預(yù)先計(jì)算試驗(yàn)所需的電源電流、容量等參數(shù)，合理選擇400 V 交流電源和試驗(yàn)設(shè)備，可以做到一次耐壓成功，避免周折。

2 發(fā)電機(jī)主要參數(shù)

額定容量1 000 MW，額定功率因數(shù)0.9，額定電壓24 kV，定子繞組單相繞組對(duì)地電容3.53 μF，定子繞組線槽數(shù)810 槽。

3 定子下層繞組下線后的分瓣耐壓

3.1 分瓣耐壓數(shù)據(jù)理論計(jì)算

定子繞組的每相對(duì)地電容和每相的繞組數(shù)可以近似認(rèn)為成正比，每相的繞組數(shù)為2×810/3 槽，則每根繞組的對(duì)地電容為3.53 μF/（2×810/3）=0.006 537 μF。

假定分2 瓣對(duì)定子下層繞組進(jìn)行耐壓，則每瓣的對(duì)地電容為405×3.53 μF/（2×810/3）=2.647 5 μF。根據(jù)GB/T 8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》可知，定子下層繞組耐壓的標(biāo)準(zhǔn)是UT=2.5UN+2 kV=2.5×24+2=62（kV）。已知耐壓繞組的電容和電壓，計(jì)算2 瓣相應(yīng)的高壓電流為IH=ωUHC=314×62×103×2.647 5×10-6=51.54（A），由此可以計(jì)算出高壓容量SH=UTIH=62×103×51.541=3 195.6(kVA)。假定水輪發(fā)電機(jī)定子繞組交流耐壓的諧振品質(zhì)因數(shù)為12（經(jīng)驗(yàn)值），品質(zhì)因數(shù)也可以近似認(rèn)為是高壓容量與輸入低壓容量之比，則需要的低壓容量SL=SH/12=3 195.6/12=266.3（kVA），低壓電源采用400 V，則低壓電流IL=SL/UL=266.3/0.4=665.7（A）。

白鶴灘左岸電站首臺(tái)發(fā)電機(jī)（1 號(hào)機(jī)組）下層繞組耐壓時(shí)，試驗(yàn)電源取自主安裝間，距離1 號(hào)機(jī)組較遠(yuǎn)，距離約420 m。到1 號(hào)機(jī)組的配電方式是：從1 250 kVA 的施工變接3×240+120 的電纜到4號(hào)機(jī)組段的分電盤，電纜長(zhǎng)約240 m；再?gòu)姆蛛姳P接3×185+90 的電纜到串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置，該段電纜長(zhǎng)約180 m，電纜長(zhǎng)了不宜鋸短。試驗(yàn)時(shí)調(diào)壓變使用的電源是2 相，計(jì)算電纜的回路電阻和電阻性壓降。

電阻計(jì)算公式：R=ρL/S

第一段電纜每相電阻

第二段電纜每相電阻

來(lái)回電阻R=2×（0.017 8+0.017 3）=0.0702（Ω）

在試驗(yàn)中可產(chǎn)生的最大壓降

電源電壓為400 V，經(jīng)過這個(gè)壓降后，電壓降為353.27 V，試驗(yàn)時(shí)353.27 V 低于一般400 V 設(shè)備90%低壓動(dòng)作值360 V，故下層線圈分2 瓣耐壓可能會(huì)因低電壓動(dòng)作而試驗(yàn)難以進(jìn)行，下層線圈分2瓣耐壓無(wú)法進(jìn)行。

假定分3 瓣對(duì)定子下層繞組進(jìn)行耐壓。重復(fù)上述耐壓試驗(yàn)的公式計(jì)算，定子下層分3 瓣的對(duì)地電容是270×3.53/（2×810/3）=1.765（μF）。

定子下層繞組耐壓試驗(yàn)值UT=2.5Un+2=2.5×24+2=62（kV），計(jì)算定子下層分3 瓣耐壓時(shí)高壓電流為IH=314×62×103×1.765×10-6=34.36（A），高壓容量SH=62×103×34.36 =2 130.4（kVA），低壓容量SL=2 130.4/12=177.53（kVA），低壓電流IL=177.53/0.4=443.8（A），電源電纜距離相同，此時(shí)低壓電纜上產(chǎn)生的電阻性壓降ΔU=443.8×0.070 2=31.2（V），耐壓設(shè)備可用電壓為400-31.2=368.8（V），高于低電壓脫扣動(dòng)作值，可知，定子下層繞組分3 瓣進(jìn)行交流耐壓方案可行。將定子下層分2 瓣和分3瓣的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，見表1：

表1 定子下層分2 瓣和3 瓣的計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比表

3.2 分瓣耐壓諧振匹配復(fù)核檢查

在確定電源條件滿足對(duì)下層線圈耐壓后，還要進(jìn)一步復(fù)核串聯(lián)諧振設(shè)備的搭配能不能覆蓋分3 瓣時(shí)每瓣的電容值。

諧振的條件：ωL=1/（ωC）

計(jì)算試驗(yàn)電感量

串聯(lián)諧振設(shè)備配置電感有2 只11 H 固定電感，1 只12 H 固定電感，一臺(tái)可調(diào)電感8.41~50.66 H。計(jì)劃選用1 只11 H 電感與可調(diào)電感并聯(lián)。設(shè)需要的可調(diào)電感值為L(zhǎng)R，根據(jù)下列公式計(jì)算：1/5.746=1/LR+1/11,可知LR=12.03（H），LR在可調(diào)電感的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，諧振條件滿足，根據(jù)串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線圖進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備的接線，具體接線詳見試驗(yàn)接線圖1。

圖1 下層繞組耐壓串聯(lián)諧振設(shè)備接線圖

3.3 分瓣耐壓試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述可知，1 號(hào)機(jī)組定子下層繞組交流耐壓采用分3 瓣進(jìn)行耐壓（即810/3=270 根）試驗(yàn)，為了便于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備的布置和操作便利，根據(jù)槽號(hào)將定子下層繞組分為189~458、459~728、729~188三組，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 下層繞組交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果

表3 定子繞組整體分相交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)準(zhǔn)備開始前測(cè)量電源電壓時(shí)發(fā)現(xiàn)，電源電壓比理論計(jì)算值要低，分析發(fā)現(xiàn)，因在計(jì)算中忽略了電纜導(dǎo)線的自身電抗值，從而導(dǎo)致電源電壓的降低。于是將施工變輸出電壓調(diào)整到了10.25 kV/400 V檔，調(diào)整后施工變輸出約410 V。下面是實(shí)際試驗(yàn)時(shí)的每瓣高壓電流34.0 A、電壓62.0 kV，低壓電流389 A、電壓379 V，換算諧振品質(zhì)因數(shù)約為14.17。

后續(xù)機(jī)組在下層繞組分瓣耐壓時(shí)，如果離電源距離近，下層繞組可分2 瓣耐壓，固定電抗的配備要重新計(jì)算。

4 定子分相整體耐壓

根據(jù)GB/T 8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》可知，定子分相整體交流耐壓電壓UT=2UN+3 kV，即51 kV。計(jì)算試驗(yàn)高壓電流IH=ωUHC=314×51×103×3.53×10-6=56.53（A）， 計(jì)算高壓容量SH=UT×IH=51×56.53=2 883（kVA），計(jì)算低壓容量，假設(shè)諧振品質(zhì)因數(shù)為12（經(jīng)驗(yàn)值），SL=SH/12=2 883/12=240.25（kVA），試驗(yàn)電源400 V 低壓側(cè)電流IL=240.25/0.4=600.6（A）。因1 號(hào)機(jī)組離供電電源側(cè)較遠(yuǎn)，為滿足交流耐壓對(duì)電源的要求，需要在1 號(hào)機(jī)旁增設(shè)一臺(tái)1 250 kVA 施工變以便為定子整體交流耐壓供電，以此來(lái)降低長(zhǎng)距離電纜壓降，串聯(lián)諧振耐壓裝置之間使用約30 m 的3×240 電纜進(jìn)行連接。待試驗(yàn)結(jié)束后，便移走增設(shè)的一臺(tái)試驗(yàn)變。

可以從分相整體交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果可以看出，試驗(yàn)高壓51 kV、電流54.4 A，400 A 側(cè)電流1 100 A、電壓381 V，換算諧振品質(zhì)因數(shù)約為6.66。與計(jì)算的400 V 輸入電流與實(shí)際偏差較大和諧振品質(zhì)因數(shù)偏差也較大。通過對(duì)分瓣交流耐壓試驗(yàn)和分相交流耐壓試驗(yàn)的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)分瓣耐壓時(shí)，電暈小、聲音小，則有功損耗也??；而在分相整體耐壓時(shí)，電暈大、噪聲大，造成的有功損耗也大，諧振品質(zhì)因數(shù)低。建議在今后發(fā)電子定子繞組整體耐壓時(shí)，400 V交流配電容量要預(yù)留充足一些。

5 激勵(lì)變壓器輸出抽頭選擇

串聯(lián)諧振激勵(lì)變壓器輸出抽頭有8.1 kV 和8.57 kV 兩檔，其檔位的選擇需合理的選用。在設(shè)備耐壓試驗(yàn)時(shí)達(dá)到所需的高壓電壓、高壓電流是一定的，那么相應(yīng)的設(shè)備容量一定，假定諧振品質(zhì)因數(shù)一定，所需的低壓容量一定了。對(duì)激勵(lì)變壓器來(lái)說(shuō)，輸出抽頭選高一點(diǎn)的電壓，其輸入電壓就會(huì)低一些，但需要的總?cè)萘渴且欢ǖ?，?shì)必造成其輸入的電流會(huì)多一些。再往前推，試驗(yàn)用的調(diào)壓器是接觸型的，那么就會(huì)造成調(diào)壓器的輸出電流多一些，大電流對(duì)調(diào)壓器的滑動(dòng)觸頭是不利的，故激勵(lì)變壓器一般優(yōu)先選擇電壓低的輸出抽頭。建議在今后試驗(yàn)中參考借鑒。

6 結(jié)論

本文中定子繞組下層分瓣交流耐壓和整體分相交流耐壓試驗(yàn)計(jì)算所用的都是常規(guī)公式，按計(jì)算結(jié)果配備了試驗(yàn)電源容量，并留有一定的余量，通過對(duì)交流耐壓所用數(shù)據(jù)的合理推算，將影響試驗(yàn)結(jié)果的一些風(fēng)險(xiǎn)因素提前科學(xué)解決，有效解決了試驗(yàn)過程中因電壓不足跳閘、電纜發(fā)熱和調(diào)壓器滑動(dòng)觸頭起弧等問題，避免了造成設(shè)備損壞和試驗(yàn)工期的延期。在今后的發(fā)電機(jī)定子繞組交流耐壓試驗(yàn)過程中還應(yīng)注意多積累經(jīng)驗(yàn)，為此項(xiàng)試驗(yàn)提供跟多借鑒參考的數(shù)據(jù)。