交流耐壓試驗并聯(lián)電抗器補償法試探析

馬召朋，崔影，徐從彬

（中國能源建設(shè)集團安徽電力建設(shè)第二工程有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

交流耐壓試驗是考驗被試品絕緣承受各種過電壓最嚴格、最有效的方法，交流耐壓的試驗波形與運行電壓一致。在電廠、變電站等電力系統(tǒng)，很多電氣設(shè)備的電容量較大，規(guī)范中要求的交流耐壓值又較高，直接使用升壓變，容量不夠。如采用較大容量的升壓試驗變，試驗變的體積、重量都要增加很多，另外還要配置相應(yīng)容量體積較大的感應(yīng)調(diào)壓器，現(xiàn)場往往難以辦到，試驗波形也會發(fā)生畸變。尤其像發(fā)電機這樣電容量較大，對試驗電壓的波形及頻率要求較高的重要電氣設(shè)備，例如大部分600MW發(fā)電機的出口電壓為20kV，電容量大概在0.3～0.4uF，根據(jù)規(guī)范發(fā)電機交流耐壓值為32kV，則要求試驗容量為128kVA左右。

在現(xiàn)場發(fā)電機交流耐壓試驗中經(jīng)常采用成套的串諧裝置，由于變頻電源的電壓波形不是太理想，電抗器匹配不容易滿足頻率要求，可調(diào)電抗器體積又太大，因此使用成套的串諧裝置也有諸多不便。

在現(xiàn)場中常用的試驗變，高壓側(cè)電壓多為50kV，容量為25kVA。電壓等級夠了，但容量不夠。因而想在此探討一下使用現(xiàn)場中常用的試驗變壓器，再根據(jù)發(fā)電機的電容量采用電抗器并聯(lián)補償?shù)姆椒?，對發(fā)電機進行交流耐壓試驗。

1 試驗原理簡介

采用電抗器并聯(lián)補償就是利用電抗器的電感電流補償被試設(shè)備的電容電流，其等值電路及向量圖如下：

電路的復(fù)導納為：

當上式的虛部為零時，即ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC=0，電路發(fā)生諧振。從向量圖中可以看出，當電路發(fā)生諧振時支路電流IL、IC要比總電流I大得多。

在實際應(yīng)用時，不需要電路工作在諧振點，只要并聯(lián)補償?shù)碾姼须娏髂軐㈦娙蓦娏餮a償?shù)剿蒙龎鹤冊试S的范圍即可。但可以利用電路諧振時，求得所需補償?shù)碾娍沟拇笮?。方法有很多，以下列出兩種近似的計算方法。

方法一：令ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC=0來近似求得電感值。式中C值為被試設(shè)備的電容值，是已知的量；R值可以用ωL/tanδ（δ為補償電抗器的阻抗角，可以通過測量準備選用的電抗器的直阻和感抗計算出來）來代替，這樣通過上式就可以近似計算出所需電抗器的大小。

方法二：若所選電抗器的ωL＞＞R時，可以利用公式ω2≈1/LC來近似求得所需電抗的大小。

在求得近似電抗值后，可帶入下面的式子進行檢驗。

I=U×Y=U×R/｛R2+(ωL)2｝-j【ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC】

若檢驗計算得電流I還是不小于升壓變的高壓側(cè)額定電流Ie（一般都能滿足），可以用下式來計算：

U×R/｛R2+(ωL)2｝-j【ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC】＜Ie

計算量可能要大一些，但可以得到一個滿足要求的電抗值。

通過電感電流IL補償?shù)玫降目傠娏鱅與升壓變的高壓側(cè)電流相比較，盡可能的留一點余度，因為有些“現(xiàn)場”因素可能未能計算進去，如升壓變本身的漏抗、設(shè)備本身的電導等。

2 實際應(yīng)用

在華能巢湖2×600MW發(fā)電廠#2機組發(fā)電機交接試驗中，由于發(fā)電機發(fā)電機對地電容較大，直接加壓，現(xiàn)有試驗變的容量不夠，經(jīng)討論決定利用現(xiàn)有的試驗變及電抗器進行發(fā)電機交流耐壓，最終采用了并聯(lián)電抗器補償?shù)脑囼灧椒ā?/p>

發(fā)電機銘牌：

型式 QFSN-600-2YHG定子電壓 20 kV 定子電流 19245 A額定功率 600 MW 轉(zhuǎn)子電壓421.8 V轉(zhuǎn)子電流 4128 A編號 3-60599 接線方式 YY 轉(zhuǎn)速 3000（rad/s）出廠日期 2008.2 生產(chǎn)廠家 哈爾濱電機廠有限責任公司發(fā)電機定子電容電流 0.314uF（該數(shù)值由發(fā)電機出廠試驗報告提供）

補償電抗值及電流計算：

因試驗班現(xiàn)有電抗器單只電抗值為：100H，電阻值為16Ω。考慮到ωL＞＞R，利用公式ω2≈1/LC來近似求得所需電抗的大小，將ω=314，C=0.314uF帶入，得：L≈32.3H。

用三只100H的電抗器并聯(lián)，組成的電抗值為33.3H，電阻值為5.33Ω。將電抗值、電阻值帶入公式Y(jié)=R/｛R2+(ωL)2｝-j【ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC】，得 ：Y=0.305×10-6+j2.959×10-6|Y|=2.975×10-6。

根據(jù)交接試驗規(guī)程，額定電壓為20KV的發(fā)電機，交流耐壓值為：32KV。將 |Y|=2.975×10-6、U=32KV 帶入公式 I=U×|Y|，得：I=0.095A。

根據(jù)以上計算結(jié)果，主要試驗設(shè)備選擇如下：

電抗器：100H 1.5A 三只并聯(lián)

升壓變：15KVA 50000/200V

調(diào)壓器：15KVA 75A

試驗接線圖：

T—試驗變壓器；PV2—靜電電壓表；G—保護間隙；CX—發(fā)電機繞組對地電容；L—補償電抗器；R—保護電阻；mA—毫安表

現(xiàn)場試驗時，電壓升至32KV，毫安表表讀數(shù)為156mA；安培表讀數(shù)為3.17A。電抗器并聯(lián)補償取得成功。

3 結(jié)語

在交流耐壓試驗中，采用改變電抗值來并聯(lián)補償?shù)姆椒?，現(xiàn)場接線比較簡單，試驗設(shè)備又不是太重，比變頻諧振的波形、頻率要好。但是電抗器選擇比較麻煩，在不同的情況下，選擇不同的補償方式，計算時盡可能多考慮一些現(xiàn)場因素。