白鹤滩左岸电站定子绕组交流耐压试验电源配置

郑少平，张辉琴，余珍昌

（中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810003）

1 引言

白鹤滩左岸电站发电机具有电压高、对地电容大的特点，定子绕组交流耐压需要的电源容量大。在定子下层绕组分瓣耐压和完成整体绝缘后的分相耐压前，预先计算试验所需的电源电流、容量等参数，合理选择400 V 交流电源和试验设备，可以做到一次耐压成功，避免周折。

2 发电机主要参数

额定容量1 000 MW，额定功率因数0.9，额定电压24 kV，定子绕组单相绕组对地电容3.53 μF，定子绕组线槽数810 槽。

3 定子下层绕组下线后的分瓣耐压

3.1 分瓣耐压数据理论计算

定子绕组的每相对地电容和每相的绕组数可以近似认为成正比，每相的绕组数为2×810/3 槽，则每根绕组的对地电容为3.53 μF/（2×810/3）=0.006 537 μF。

假定分2 瓣对定子下层绕组进行耐压，则每瓣的对地电容为405×3.53 μF/（2×810/3）=2.647 5 μF。根据GB/T 8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》可知，定子下层绕组耐压的标准是UT=2.5UN+2 kV=2.5×24+2=62（kV）。已知耐压绕组的电容和电压，计算2 瓣相应的高压电流为IH=ωUHC=314×62×103×2.647 5×10-6=51.54（A），由此可以计算出高压容量SH=UTIH=62×103×51.541=3 195.6(kVA)。假定水轮发电机定子绕组交流耐压的谐振品质因数为12（经验值），品质因数也可以近似认为是高压容量与输入低压容量之比，则需要的低压容量SL=SH/12=3 195.6/12=266.3（kVA），低压电源采用400 V，则低压电流IL=SL/UL=266.3/0.4=665.7（A）。

白鹤滩左岸电站首台发电机（1 号机组）下层绕组耐压时，试验电源取自主安装间，距离1 号机组较远，距离约420 m。到1 号机组的配电方式是：从1 250 kVA 的施工变接3×240+120 的电缆到4号机组段的分电盘，电缆长约240 m；再从分电盘接3×185+90 的电缆到串联谐振试验装置，该段电缆长约180 m，电缆长了不宜锯短。试验时调压变使用的电源是2 相，计算电缆的回路电阻和电阻性压降。

电阻计算公式：R=ρL/S

第一段电缆每相电阻

第二段电缆每相电阻

来回电阻R=2×（0.017 8+0.017 3）=0.0702（Ω）

在试验中可产生的最大压降

电源电压为400 V，经过这个压降后，电压降为353.27 V，试验时353.27 V 低于一般400 V 设备90%低压动作值360 V，故下层线圈分2 瓣耐压可能会因低电压动作而试验难以进行，下层线圈分2瓣耐压无法进行。

假定分3 瓣对定子下层绕组进行耐压。重复上述耐压试验的公式计算，定子下层分3 瓣的对地电容是270×3.53/（2×810/3）=1.765（μF）。

定子下层绕组耐压试验值UT=2.5Un+2=2.5×24+2=62（kV），计算定子下层分3 瓣耐压时高压电流为IH=314×62×103×1.765×10-6=34.36（A），高压容量SH=62×103×34.36 =2 130.4（kVA），低压容量SL=2 130.4/12=177.53（kVA），低压电流IL=177.53/0.4=443.8（A），电源电缆距离相同，此时低压电缆上产生的电阻性压降ΔU=443.8×0.070 2=31.2（V），耐压设备可用电压为400-31.2=368.8（V），高于低电压脱扣动作值，可知，定子下层绕组分3 瓣进行交流耐压方案可行。将定子下层分2 瓣和分3瓣的计算数据进行对比，见表1：

表1 定子下层分2 瓣和3 瓣的计算数据对比表

3.2 分瓣耐压谐振匹配复核检查

在确定电源条件满足对下层线圈耐压后，还要进一步复核串联谐振设备的搭配能不能覆盖分3 瓣时每瓣的电容值。

谐振的条件：ωL=1/（ωC）

计算试验电感量

串联谐振设备配置电感有2 只11 H 固定电感，1 只12 H 固定电感，一台可调电感8.41~50.66 H。计划选用1 只11 H 电感与可调电感并联。设需要的可调电感值为LR，根据下列公式计算：1/5.746=1/LR+1/11,可知LR=12.03（H），LR在可调电感的调节范围内，谐振条件满足，根据串联谐振试验接线图进行现场试验设备的接线，具体接线详见试验接线图1。

图1 下层绕组耐压串联谐振设备接线图

3.3 分瓣耐压试验结果

根据上述可知，1 号机组定子下层绕组交流耐压采用分3 瓣进行耐压（即810/3=270 根）试验，为了便于现场试验设备的布置和操作便利，根据槽号将定子下层绕组分为189~458、459~728、729~188三组，具体试验数据详见表2。

表2 下层绕组交流耐压试验结果

表3 定子绕组整体分相交流耐压试验结果

在试验准备开始前测量电源电压时发现，电源电压比理论计算值要低，分析发现，因在计算中忽略了电缆导线的自身电抗值，从而导致电源电压的降低。于是将施工变输出电压调整到了10.25 kV/400 V档，调整后施工变输出约410 V。下面是实际试验时的每瓣高压电流34.0 A、电压62.0 kV，低压电流389 A、电压379 V，换算谐振品质因数约为14.17。

后续机组在下层绕组分瓣耐压时，如果离电源距离近，下层绕组可分2 瓣耐压，固定电抗的配备要重新计算。

4 定子分相整体耐压

根据GB/T 8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》可知，定子分相整体交流耐压电压UT=2UN+3 kV，即51 kV。计算试验高压电流IH=ωUHC=314×51×103×3.53×10-6=56.53（A）， 计算高压容量SH=UT×IH=51×56.53=2 883（kVA），计算低压容量，假设谐振品质因数为12（经验值），SL=SH/12=2 883/12=240.25（kVA），试验电源400 V 低压侧电流IL=240.25/0.4=600.6（A）。因1 号机组离供电电源侧较远，为满足交流耐压对电源的要求，需要在1 号机旁增设一台1 250 kVA 施工变以便为定子整体交流耐压供电，以此来降低长距离电缆压降，串联谐振耐压装置之间使用约30 m 的3×240 电缆进行连接。待试验结束后，便移走增设的一台试验变。

可以从分相整体交流耐压试验结果可以看出，试验高压51 kV、电流54.4 A，400 A 侧电流1 100 A、电压381 V，换算谐振品质因数约为6.66。与计算的400 V 输入电流与实际偏差较大和谐振品质因数偏差也较大。通过对分瓣交流耐压试验和分相交流耐压试验的观察和分析，发现分瓣耐压时，电晕小、声音小，则有功损耗也小；而在分相整体耐压时，电晕大、噪声大，造成的有功损耗也大，谐振品质因数低。建议在今后发电子定子绕组整体耐压时，400 V交流配电容量要预留充足一些。

5 激励变压器输出抽头选择

串联谐振激励变压器输出抽头有8.1 kV 和8.57 kV 两档，其档位的选择需合理的选用。在设备耐压试验时达到所需的高压电压、高压电流是一定的，那么相应的设备容量一定，假定谐振品质因数一定，所需的低压容量一定了。对激励变压器来说，输出抽头选高一点的电压，其输入电压就会低一些，但需要的总容量是一定的，势必造成其输入的电流会多一些。再往前推，试验用的调压器是接触型的，那么就会造成调压器的输出电流多一些，大电流对调压器的滑动触头是不利的，故激励变压器一般优先选择电压低的输出抽头。建议在今后试验中参考借鉴。

6 结论

本文中定子绕组下层分瓣交流耐压和整体分相交流耐压试验计算所用的都是常规公式，按计算结果配备了试验电源容量，并留有一定的余量，通过对交流耐压所用数据的合理推算，将影响试验结果的一些风险因素提前科学解决，有效解决了试验过程中因电压不足跳闸、电缆发热和调压器滑动触头起弧等问题，避免了造成设备损坏和试验工期的延期。在今后的发电机定子绕组交流耐压试验过程中还应注意多积累经验，为此项试验提供跟多借鉴参考的数据。