发电机电容电流的测量及数据分析

1、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?刖言 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663.8中

2、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0.3卩F。 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。？ ?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

3、。 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。？ 1.1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&。及& r、极板面积S成正比，与极间距离d成 反比。 常用式子C0= o rS/ d 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 ?S= (2bi+2hi) L 包半导体的面积？ S2=(2b2+2h2 )L 电容极板的一侧 S=(Si+S2)/4=(b i+hi

4、+b2+h2)L/2 绝缘的单边厚度 一根线棒的电容 ? d=(b 2-b i)/2 右声3 +站+妬十电)L ? Co=- - 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 hiXbi=5.45 X 1.658cm? 包绝缘 0.318cm后的尺寸 h2Xb2=6.086 X 2.294cm 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=1/18 n 105、 一根线棒电容？ Co=? ?=0.00355 H 单相电容为？ Ci=NC=228X 0.00355=0.809 F 三相电

5、容为？ C=3C=3X 0.809=2.427 F 1. 2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10血，如果电容为0.809卩F,贝U 容抗 ? Xc=1/2 n fC ?=1(f/314 X 0.809=0.0079 M Q 绝缘 ?Rs=10 MQ 比值？ XRs=0.0079/10=0

6、.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 I c=U/X=2n fCU 三相电容 C=I C/2 n fU ?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 ?表1 资料来源 厂家日立公司 安装交接 24 电 流？ （ A） 52 单相电容 ？（卩F） 732 766 749 三相电容 ？（卩F） 196 298 247 一根线棒电容（卩F） 0. 00321 00336 ?0 . 00329 1. 3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

7、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： ?=/0=Z 2400?=Z 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 90，和电压一样是对称，见图1。如果容抗为1,那么可表示为： ? = / 90? =Z -30? =Z 210 ? (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 =Z 00 - / 1200 =/-300 ?=/2400 - / 1200 =/ -90。 可见

8、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 高回倍，所以A B相的电流数值分别比正常时升高回咅，仍超前电压900，分别为 -L/仁=/ 600=/1= Z00 而C三相电流为A B相电流之和，且方向相反，见图 2(b)。 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 1. 3. 2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

9、电压 0.5Un=X 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I c=U_/Xc=2n fCUlJj 三相电容C=Ic/2 n fU 匚=2.2/（314 X 2887）=2.427 F 单相电容Cn=C/3=2.427/3=0.809 F 一根线棒电容Co=C/2Z=0.00355 F 1. 3. 3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

10、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0.809 yF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0.732 yF和安装单位的交流耐压试验 数据所得电容值单相电容值0.766 yF偏小，考虑到测量仪器的不同及误差，可做

11、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 0.3y F。 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 A B C 平均 #1 机 4.4 4.33 4.33 4.35 C ? (F) 0.749 0.737 0.737 0.741 #2 机 I(A) 4. 2 4. 4 4. 3 4. 3 C ? ( F) 0. 715 0. 749 0. 732 0. 732 #3 机 I(A) 4

12、. 25 4. 3 4. 3 4. 28 C ? ( F) 0. 724 0. 732 0. 729 #4 机 I(A) 4. 5 4. 4 4. 4 4. 43 C ? ( F) 0. 766 0. 749 0. 749 0. 755 从上表可见：机组的实际单相电容均大于 0.7 F,制造厂日立公司提供的单相电容设计值 0.3卩F,以及后来电传的每相保证值 0.67卩F,都是不可信的。？ ?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