調(diào)頻式串聯(lián)諧振技術(shù)在大型發(fā)電機試驗中的應(yīng)用

孫 暉，孔林書

（臺州發(fā)電廠，浙江 臺州 318016）

交流耐壓試驗是考驗發(fā)電機絕緣性能的重要試驗，其試驗電壓波形與頻率均與發(fā)電機運行狀態(tài)一致，能有效發(fā)現(xiàn)發(fā)電機的絕緣隱患。以往采用的試驗變壓器成套裝置由于體積龐大、試驗所需電源容量大，給試驗工作帶來很多困難。近年來，調(diào)頻串聯(lián)諧振試驗裝置由于能有效減輕試驗工作的難度和強度，得到了廣泛應(yīng)用。

1 試驗原理

調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗裝置的工作原理如圖1所示。試驗電源為工頻220 V或380 V，由變頻器轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可調(diào)的勵磁電源，經(jīng)勵磁變壓器送入由電抗器L和被試品Cx構(gòu)成的高壓串聯(lián)諧振回路。分壓器為純電容式的，用來測量試驗電壓。變頻器經(jīng)勵磁變壓器T向主諧振電路輸送一個較低的電壓Ue，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，當頻率滿足條件時，電路即達到諧振狀態(tài)，此時有Ucx=QUe。

Q為品質(zhì)因素，通常在較小的勵磁電壓Ue下，在被試品Cx上產(chǎn)生幾十倍于Ue的電壓Ucx，通過被試品的電流為I=2πfCxUcx。

圖1 調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗原理

調(diào)頻式串聯(lián)諧振具有以下優(yōu)點：

（1）品質(zhì)因素Q值愈高，所需電源容量愈小。

（2）諧振電抗器L與被試品Cx處于諧振狀態(tài)，形成良好的濾波電路，故輸出電壓Ucx為良好的正弦波形。

（3）當被試品擊穿時就失去諧振條件，高壓電壓和低壓電流自動減小，因此不會擴大被試品的故障點。

2 調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗裝置

調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗裝置的主要組成部件為∶

（1）1臺變頻電源控制箱，工作電源380 V，輸出電壓為0～450 V，最大輸出電流35 A，輸出頻率30～300 Hz，額定輸出功率16 kW。

（2）2臺勵磁變壓器，額定容量8 kVA，輸出1750 V/1 A，有4個繞組可串聯(lián)、并聯(lián)使用。

（3）4臺諧振電抗器，最高工作電壓為40 kV，最大工作電流為1 A，電感量為130.8 H。

（4）1臺電容分壓器，工作方式是純電容式，額定電壓為40 kV（有效值）。

（5）1套負載補償電容器，參數(shù)為40 kV/0.018 μF。當發(fā)電機電容量較小時，并聯(lián)補償電容器可使諧振頻率小于規(guī)定上限頻率。同時還可用作模擬負載，方便系統(tǒng)諧振空升試驗和操作培訓(xùn)。

主測分兩次進行。第一次主測時，HP－A班和LP－C班聽較慢語速的版本，HP－B班和LP－D班聽正常語速的版本。接下來的問卷調(diào)查顯示所有學(xué)生都對測試中的聽力材料不熟悉。隨后，HP－B班和LP－D班聽力課堂上所有教學(xué)材料均采用較慢語速版本。十個自然教學(xué)周后，HP－B班和LP－D班的學(xué)生進行較慢語速版本(第一次主測中HP－A班和LP－C班所使用的版本)的第二次主測。這樣，對同一份聽力測試試卷就可以收集到橫向和縱向兩個方向的對比數(shù)據(jù)信息。利用SPSS17．0對原始數(shù)據(jù)進行獨立樣本和成對樣本的T檢驗分析，以檢測輸入語速和聽力理解的相互關(guān)系。

3 現(xiàn)場試驗

通過現(xiàn)場多臺大型發(fā)電機的交流耐壓試驗，發(fā)現(xiàn)理論計算相關(guān)參數(shù)如諧振頻率、試驗電流與實測值基本一致，完全能滿足試驗要求。而Q值也表明該裝置能大大降低對試驗電源容量的需求，完全適應(yīng)現(xiàn)場實際條件。

3.1 300 MW發(fā)電機交流耐壓試驗

2010年3月，對某發(fā)電廠10號發(fā)電機采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗裝置進行交流耐壓試驗。

10號發(fā)電機為東方汽輪發(fā)電機有限公司制造的QFSN-300-2型汽輪發(fā)電機，額定功率300 MW，定子額定電壓20 kV，采用水氫氫冷卻方式，實測相對地電容為0.3008 μF。

根據(jù)發(fā)電機的有關(guān)參數(shù)及試驗要求,諧振裝置的系統(tǒng)配置為：40 kV/1 A、電感量130.8 H的電抗器4只；8 kVA勵磁變壓器2臺；40 kV/0.018 μF的補償電容器1臺。

（1）理論計算：定子額定電壓 Un＝20 kV，試驗電壓U＝1.5Un＝30 kV，諧振頻率49.3Hz。

試驗電流 I＝2πfCU＝2×3.14×49.3×（0.3008+0.018）×30＝2.961 A。

（2）實測試驗電流為3.0 A，諧振頻率為50.7 Hz，Ue＝212×7.77＝1647 V，Q 值為 18.2。

3.2 600 MW發(fā)電機交流耐壓試驗

2010年4月，對某電廠2號發(fā)電機采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗裝置進行交流耐壓試驗。

根據(jù)發(fā)電機的有關(guān)參數(shù)，諧振裝置的系統(tǒng)配置為：40 kV/1 A、電感量130.8 H的電抗器3只；8 kVA勵磁變壓器2臺；40 kV/0.018 μF的補償電容器1臺。

（1）理論計算：定子額定電壓Un＝20 kV，試驗電壓 U＝1.5Un＝30 kV，諧振頻率50.56 Hz。 試驗電流 I＝2πfCU＝2×3.14×50.56×（0.2093+0.018）×30＝2.17 A。

（2）實測試驗電流為2.28 A，諧振頻率為50.6 Hz， Ue＝310×7.77＝2408 V， Ucx＝30 kV， Q 值為12.5。

4 現(xiàn)場試驗應(yīng)注意的問題

使用調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗裝置進行發(fā)電機交流耐壓試驗時，現(xiàn)場操作應(yīng)注意以下問題：

（1）對氫冷發(fā)電機的試驗應(yīng)在充氫后含氫量為96%以上或排氫后含氫量在3%以下時進行，嚴禁在氣體置換過程中進行試驗。

（2）試驗操作人員應(yīng)不少于2人，試驗時應(yīng)嚴格遵守高壓試驗的安全作業(yè)規(guī)程。

（3）保證足夠電源容量（尤其滿負載時），單相電源供電設(shè)備電源線截面積應(yīng)不小于4.0 mm2，三相電源供電設(shè)備電源線（相線）截面積應(yīng)不小于2.5 mm2（3×2.5＋1×1.5 mm2）。

（4）電抗器不可超負荷運行，試驗電壓及試驗電流不能超過電抗器的額定電壓、額定電流和允許的連續(xù)運行時間，以免電抗器因過熱而損壞。

（5）當試驗電壓高于電抗器額定工作電壓時，應(yīng)采用多個電抗器串聯(lián)使用，處于高電位的電抗器應(yīng)加絕緣底座。試驗電流大于電抗器額定工作電流時，應(yīng)采用多個電抗器并聯(lián)使用。不同規(guī)格的電抗器不得串聯(lián)或并聯(lián)使用。

（6）使用電抗器時應(yīng)移除其周圍的金屬物體，并絕對避免直接將電抗器放置在鋼板、銅板等較大面積金屬導(dǎo)體上，可在電抗器底部放置面積較大的絕緣板，或直接放置在水泥地上。因為因渦流引起的發(fā)熱將導(dǎo)致系統(tǒng)有功輸入增加，甚至使試驗電壓達不到預(yù)期試驗值。布置時電抗器應(yīng)盡量分開，以消除互感的影響。

（7）分壓器本體與其高度相等的范圍內(nèi)應(yīng)無其它物體，高壓引線與分壓器本體的夾角不小于90°，且應(yīng)拉直繃緊，并與四周物體保持足夠的絕緣距離。

（8）試驗時在勵磁變壓器的接地端串接1塊電流表，以監(jiān)視電流是否超過勵磁變壓器及電抗器的允許電流。

（9）調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗裝置不宜采用自動加壓方式，建議采用手動調(diào)壓，以便控制。升壓速度應(yīng)依據(jù)高壓試驗相關(guān)作業(yè)規(guī)程，或控制在2～3 kV/s。

（10）多配置幾個不同電感量的電抗器、不同電容量的補償電容器，以便將諧振頻率盡量匹配到50 Hz，發(fā)電機的諧振頻率應(yīng)盡量控制在48～52 Hz。

[1] 程劍烽.調(diào)頻調(diào)感串聯(lián)諧振在發(fā)電機試驗中的應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2010，32（12）∶1-3.

[2] DL/T 596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，1997.

[3] GB 50150-2006電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗標準[S].北京：中國計劃出版社，2006.