发电机电容电流的测量及数据分析.doc

发电机电容电流的测量及数据分析摘 要：凌津滩电厂装机9台，总容量27万千瓦，是我国大容量、灯泡式贯流式机组的电厂。其中#1#5机组为日立公司生产，#6#9机组为日立设计哈尔滨电机厂生产。单机容量为30MW，额定电压10.5KV，发电机中性点不接地。关键字：发电机 电容电流 测量 数据分析0 前言 凌津滩电厂装机9台，总容量27万千瓦，是我国大容量、灯泡式贯流式机组的电厂。其中#1#5机组为日立公司生产，#6#9机组为日立设计哈尔滨电机厂生产。单机容量为30MW，额定电压10.5KV，发电机中性点不接地。根据凌津滩电厂水轮发电机组及其附属设备合同：1）第6.6.3.8中第2条中性点装置第3项中规定：两台机联合运行，单相接地电容电流大于3A时，若不能保证机组安全运行2小时，则各机组中性点均应采取补偿措施，补偿装置由卖方配套供货。2）附件6.3条设备性能保证及参数中规定：定子绕组每相对地电容0.3F。3）第6.8条规定现场试验：6.8.3.8条定子对地电容电流测量。这一条明确规定与电机交流耐压并列，即每台机都应作电容电流测量。1发电机电容的计算凌津滩电厂发电机定子绕组为波绕双层、每槽两根线棒，定子线棒采用真空压力浸渍环氧树脂浸透线圈、线圈表面涂阻燃林料，分上下层嵌放到定子槽内。定子Z=342槽、计684根线棒，单支路每相线棒N=228根。定子绕组对地电容，由线圈的机械尺寸、绝缘材料的电介系数所确定。按机械尺寸、交流耐压及单相接地三种方法可计算得出，以#1机为例，分述如下。11 机械尺寸进行电容的计算一般的平板极电容计算，电容与电介系数O及r、极板面积 S成正比，与极间距离d成反比。常用式子 C0=OrSd发电机的绕组电容计算，可将线棒导体展开成为一极。包有半导体材料的线棒与铁芯是紧靠的，当另外一极同时展开。中间的绝缘材料也展开，这是极板间的介质。线棒导体的面积S1=（2b1+2h1）L包半导体的面积 S2=(2b2+2h2)L电容极板的一侧 S=(S1+S2)/4=(b1+h1+b2+h2)L/2绝缘的单边厚度 d=(b2-b1)/2 一根线棒的电容 C0=由日立公司提供单根线棒的断面尺寸如图1。定子铁心长度包括通风沟 L=165cm。多股裸线棒一根截面尺寸 h1b1=5.451.658cm 包绝缘0.318cm后的尺寸 h2b2=6.0862.294cm环氧粉云母相对介质系数 r=46、 取r=5 图1定子导线的尺寸空气中的电气介质常数为 O=1/18105、一根线棒电容 C0=0.00355F单相电容为 C1=NC0=2280.00355=0.809F 三相电容为 C=3C1=30.809=2.427F12 由交流耐压电流计算电容发电机定子交流耐压的常规方式是：三相分别耐压，而非加压相短接后与定子铁芯一同接地，这时耐压的电容实际为定子的三相电容。发电机定子的交流耐压电流主要是按电容分布，线棒导体为电容的一极，另外一极为定子铁心，也是接地极。耐压电流中还有极少的线棒绝缘电阻电流但它和电容电流相比也是很小的。如： 摇得一相线棒228根绝缘为10M，如果电容为0.809F，则容抗 XC=1/2fC=106/3140.809=0.0079 M绝缘 RS=10 M比值 XC/RS=0.0079/10=0.079%因此在下面的计算中我们忽略电阻部分有功电流，近似地认为交流耐压即是定子的三相电容。于是交流耐压的电流 IC=U/XC=2fCU三相电容 C=IC/2fU单相电容 Cn=C/3原#1机的定子耐压的厂家出厂试验、安装单位交接试验具体数值及计算电容如表1表1资料来源厂家日立公司安装交接 平 均电压 （KV） 24 187电流 （A） 552 45单相电容 (F) 0732 0766 0749三相电容 (F) 2196 2298 2247一根线棒电容(F)000321 000336 00032913 单相接地测量电容1.3.1单相接地电容电流的测量原理假设三相电压以A相电压为基准，且电压最大值为1，那么正常情况发电机三相的电压可表示如下： =00 =2400=1200因为三相对地存在电容，所以即便是空载发电机三相也存在微弱的电流，且分别超前电压900，和电压一样是对称，见图1。如果容抗为1，那么可表示为： =900=-300=2100（a）线路图（b）电压电流向量图图1 正常状态三相电容电流当C相接地时，因C相的电压为零，此时A、B相对地的电压等于对C相的电压，即正常时的线电压。所以此时的三相电压为=0 =00 - 1200 =-300 =2400 - 1200 =-900可见非接地相对地的电压上升为正常倍，因为是中性点不接地系统，所以短路电流如图2(a)所示经A、B对地电容、大地与C相形成回路。A、B对地的容抗不变，因对地电压升高倍，所以A、B相的电流数值分别比正常时升高倍，仍超前电压900，分别为=/1=600 =/1=00而C三相电流为A、B相电流之和，且方向相反，见图2(b)。=-（+）=32100 C相电流即为单相短路的总接地电流，为正常情况下单相电容电流的3倍，由这个电流计算出的电容即为三相电容。（a）线路图（b）电压电流向量图图2 单相接地的电容电流132半电压下的接地试验在#1发电机的出口母线上C相接地，现地分布开机，手动励磁，升到半电压0.5Un=2887=5000V。用晶体管钳式电流表夹到接地线上测量，使用的表计最小档位为200A档，读出的电流数为2.2A，根据接地电流IC=U/XC=2fCU三相电容C=IC/2fU=2.2/(3142887)=2.427F单相电容Cn=C/3=2.427/3=0.809F一根线棒电容 C0=C/2Z=0.00355F133全电压下单相接地试验发电机在额定电压下发生单相接地，因发电机对地电容不变，所以其接地电流应是半电压下的2倍。实际测的电流为4.5 A，与半电压下的试验数据比较相符。2 电容及单相接地电流的分析对于中性点不接地发电机，如果电容电流过大，容易损坏绕组对定子铁芯的绝缘而形成常见的单相接地故障，若不及时发现，又出现另一接地点，就会造成匝间或相间短路，使发电机受到更严重的破坏。所以，在我国，10.5KV系统中性点不接地发电机的单相接地电流要求小于35A。对于水轮机则要求小于3A。而#1机在全电压单相接地试验中的接地电流已有4.5A。另外，#1发电机由机械尺寸计算和半电压单相接地方法所得单相电容值0.809F相符合。而日立公司的出厂试验数据所得电容值单相电容值0.732F和安装单位的交流耐压试验数据所得电容值单相电容值0.766F偏小，考虑到测量仪器的不同及误差，可做参考。但所有这些数据都远大于凌津滩电厂水轮发电机组及其附属设备合同附件6.3条设备性能保证及参数中规定：定子绕组每相对地电容0.3F。表2列出了#1#4安装单位交流耐压试验后电容电流（取自接地线）以及计算出的单相电容，其中#1机为转子阻尼条烧损事故后，磁极重装后的数据。表2相 别ABC平 均#1机I （A）4.44.334.334.35C （F）0.7490.7370.7370.741#2机I （A）42444343C （F）0715074907320732#3机I （A）4254343428C （F）0724073207320729#4机I （A）454444443C （F）0766074907490755从上表可见：机组的实际单相电容均大于0.7F，制造厂日立公司提供的单相电容设计值0.3F，以及后来电传的每相保证值0.67F，都是不可信的。3结束语通过一系列的试验显示：日立公司生产的这组发电机的单相电容超标，导致发电机在单相接地电流都大于4A，凌津滩电厂9台机组，除#5机，其余8台都是2机1变的扩大单元接线，实际两机并列运行时发生定子绕组单相接地时电流可达89A，这还未把发电机母线和主变的电容考虑进来。凌津滩发电机在并网后定子线圈的温度一般都在8090