烏東德水電站定子耐壓試驗(yàn)分析

陳穎潤(rùn)，曹 琳

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

1 引言

烏東德右岸電站水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備由GE公司制造供貨。定子機(jī)座由鋼板焊接而成，為運(yùn)輸方便，機(jī)座分成6瓣，在工地組焊成整圓。在工地組焊、疊片、吊裝，調(diào)整完成后，在相應(yīng)的發(fā)電機(jī)機(jī)坑內(nèi)進(jìn)行定子下線工作。耐壓試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了具體的分析。

2 試驗(yàn)的目的依據(jù)和項(xiàng)目

(1) 試驗(yàn)?zāi)康臑闄z查定子線棒整體安裝的質(zhì)量情況是否達(dá)到技術(shù)要求。

(2) 試驗(yàn)依據(jù)為：①水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范(GB/T8564-2003)[1]；②金沙江烏東德水電站右岸電站機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試工程合同； ③廠家產(chǎn)品技術(shù)文件； ④電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(GB50150-2016)； ⑤烏東德水電站850MW水輪發(fā)電機(jī)組安裝質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 試驗(yàn)項(xiàng)目為：①各相、各支路直流電阻測(cè)量； ②整體分相耐壓前RTD檢查：絕緣測(cè)量和阻值測(cè)量； ③整體分相耐壓前絕緣測(cè)量； ④分相直流泄漏測(cè)量； ⑤整體分相交流耐壓； ⑥整體分相耐壓后絕緣測(cè)量； ⑦整體分相耐壓后RTD檢查：絕緣測(cè)量和阻值測(cè)量。

3 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

(1)徹底清掃定子繞組及鐵芯，用白布擦拭干凈線棒端部[2]。

(2)試驗(yàn)電源連接到位，選用630A空氣開關(guān)，試驗(yàn)電源線采用YCW-3×240+1×120 mm2的電纜[3]。

(3)試驗(yàn)前必須進(jìn)行技術(shù)交底。

(4)試驗(yàn)前確認(rèn)試驗(yàn)儀器、儀表完好，接線正確和電源線絕緣滿足要求，全面檢查無缺陷。

(5)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行通電檢查，包括電壓增減操作、間隙大小操作、過電壓保護(hù)調(diào)整以及主回路通電檢查。

(6)試驗(yàn)人員必須熟練掌握試驗(yàn)變壓器的注意事項(xiàng)及操作方法。

4 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

4.1 各相、各支路直流電阻值測(cè)量

在室溫下，測(cè)得的定子繞組各支路間的直流電阻最大與最小兩相間的差值，在校正了由于引線長(zhǎng)度不同引起的誤差以后，應(yīng)不大于測(cè)得的最小電阻值的2%。

直流電阻測(cè)量進(jìn)行兩次：第一次：線棒電接頭焊接完成后，在匯流環(huán)安裝焊接前測(cè)量；第二次：匯流環(huán)及引出線等安裝完成后測(cè)量。

4.2 測(cè)溫電阻檢查

(1)整體分相交流耐壓前：用萬用表測(cè)量溫度電阻、核對(duì)應(yīng)無異常，用500 V兆歐表測(cè)量絕緣電阻，絕緣電阻值應(yīng)不小于100 MΩ。

(2)整體交分相流耐壓后：用萬用表測(cè)量溫度電阻、核對(duì)應(yīng)無異常，用500 V兆歐表測(cè)量絕緣電阻，絕緣電阻值應(yīng)不小于100 MΩ。

4.3 交流耐壓前絕緣測(cè)量

(1)定子繞組對(duì)機(jī)殼或繞組間的絕緣電阻值在換算至100 ℃，不低于2.11 MΩ。對(duì)于干燥清潔的水輪發(fā)電機(jī)，在室溫t(℃)時(shí)測(cè)得的定子繞組絕緣電阻值Rt(MΩ)應(yīng)大于按下式進(jìn)行修正的Rt值(MΩ)：

(1)

式(1)中，R為對(duì)應(yīng)溫度100 ℃時(shí)的定子繞阻熱態(tài)絕緣電阻最低值2.11 MΩ。定子繞組的絕緣電阻值應(yīng)采用5000 V兆歐表進(jìn)行測(cè)量。各相絕緣電阻不平衡系數(shù)不應(yīng)大于2。

(2)吸收比或極化系數(shù)。定子線棒絕緣電阻的吸收比R60S/R15S(在60 s和15 s分別測(cè)得的在40 ℃以下時(shí)的絕緣電阻值)不小于1.6，定子下層線棒絕緣電阻的極化指數(shù)R10/R1(在10 min和1 min分別測(cè)得的40 ℃時(shí)的絕緣電阻值)不小于2.0。

4.4 分相直流泄漏值測(cè)量

(1)用直流發(fā)生器進(jìn)行直流耐壓測(cè)量泄漏電流，試驗(yàn)電壓按每級(jí)0.5Un逐步升壓，每階段停留1 min，讀取泄漏電流值，升到試驗(yàn)電壓為3Un即66 kV。

(2)每階段停留泄漏電流應(yīng)不隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大，在規(guī)定的試驗(yàn)電壓下各相泄漏電流的差別不應(yīng)大于最小值的50%。

4.5 定子整體分相交流耐壓試驗(yàn)

4.5.1 試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)及設(shè)備選取

交流耐壓設(shè)備是采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)變壓器，試驗(yàn)設(shè)備選取主要是對(duì)可調(diào)電感和固定電感選取?；緟?shù)如下。

額定容量： 5100 kVA,額定電壓：60 kV。

額定電流： 85A,可調(diào)電感量范圍：7.64～50.66H。

固定電抗器電感量(3臺(tái))：電感量9.2H—2臺(tái)，電感量9H—1臺(tái)。

交流耐壓試驗(yàn)分A、B、C三相進(jìn)行，試驗(yàn)過程中非被試相均接地[4]。試驗(yàn)設(shè)備使用甲方提供的串聯(lián)諧振試驗(yàn)變壓器。圖1是串聯(lián)諧振電路原理圖，L：可調(diào)電抗器的電感量；Cx：被試品電容量；R：可調(diào)電抗器的有功損耗與被試品介損等及回路綜合損耗的等效串聯(lián)電阻。當(dāng)在感抗XL全等于負(fù)載電容的容抗Xcx時(shí)，實(shí)現(xiàn)完全諧振：

每相對(duì)地電容C0= 2.96 μF(設(shè)計(jì)值)

對(duì)應(yīng)的諧振電感L0為：

L0= 1/ω2C= 3.42H

電容電流IC=UcωC = 47000×2πF×2.96×10-6

=43.70A

Uc為試驗(yàn)電壓=2Ue+3kV=47kV

試驗(yàn)設(shè)備輸入功率:

P=S/Q=UcIC/10 = 47×43.70/10

=205.4 kW(品質(zhì)因數(shù)Q取10)

經(jīng)上述計(jì)算選用可調(diào)電抗器和二節(jié)9.2H固定電抗器并聯(lián)，其電感在2.87～4.22H區(qū)間，能滿足諧振要求。

圖1 串聯(lián)諧振電路原理

4.5.2 交流耐壓試驗(yàn)程序

(1)線棒焊頭連接完成、絕緣盒安裝后，中性點(diǎn)斷開，定子繞組進(jìn)行分相整體耐壓，試驗(yàn)前測(cè)溫電阻RTD進(jìn)行短接并可靠接地，非耐壓相進(jìn)行短接并可靠接地，試驗(yàn)電壓(2UN+3.0)kV，即47 kV。試驗(yàn)接線圖見圖2。

(2)分別對(duì)三相繞組線棒進(jìn)行絕緣測(cè)量。

(3)將一相連線至試驗(yàn)變高壓側(cè),另兩相接地[5]。

(4)合操作電源及主電源開關(guān)。

(5)先略升壓,以給定一個(gè)很低的起始電壓,然后調(diào)節(jié)可調(diào)電感,使其達(dá)到全諧振,最后再緩緩升壓至47 kV，耐壓時(shí)間1 min。

(6)1min到后,降壓至最低,然后再跳開關(guān)。

(7)先掛接地線,再取下線棒高壓線[6]。

(8)測(cè)量絕緣,如無問題,將從第3)步開始重復(fù)下一段線棒試驗(yàn),直至試驗(yàn)完畢。

(9)試驗(yàn)完畢,斷開電源開關(guān),拆除電源線及設(shè)備連線。

圖2 定子繞組整體分相耐壓試驗(yàn)接線

4.6 整體分相耐壓后的絕緣測(cè)量

耐壓完成后，用5000 V兆歐表測(cè)量下層線棒的絕緣電阻，絕緣電阻跟耐壓前的絕緣相比，無突變。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1 直流耐壓試驗(yàn)結(jié)果分析

表1表明，通過直流耐壓發(fā)現(xiàn)GE機(jī)組的定子泄漏值還是比較大的，但三相之間比較誤差還是很小。

表1 直流耐壓試驗(yàn)結(jié)果分析 Un=22 kV

5.2 交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果分析

表2表明，通過交流耐壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)電容和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)計(jì)算電容還是有一定的誤差，所以在設(shè)備選型時(shí)還是要保持有一定的余量。

表2 交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果分析

6 結(jié)論

因?yàn)槎ㄗ诱w對(duì)地電容量大，交流耐壓試驗(yàn)時(shí)需要采用串聯(lián)電抗器的方式進(jìn)行補(bǔ)償電容，需要找到諧振點(diǎn)，減小電流，已達(dá)到最理想的諧振耐壓點(diǎn)。本文對(duì)850 MW級(jí)發(fā)電機(jī)組定子試驗(yàn)進(jìn)行了分析，為以后巨型機(jī)組試驗(yàn)提供借鑒。