论文部分内容阅读
【摘 要】 文章结合辽宁葫芦岛绥中1000WM机组实例，简述了串联谐振方法耐压试验的原理，分析了试验设备的选择与确定方法，通过对试验参数的计算与分析，对串联谐振法的发电机交流耐压试验进行了具体探析。
【关键词】 串联谐振;高压试验;发电机;参数;计算;设备选择;结论分析
引言：
由于发电机在通水前后的差别较大，并且在通水后测量的电容量极不稳定，每次测量的结果皆不相同，因而确定发电机的电容量是一项难度较大的工作，稍有不慎便会给设备的配备带来很大变数。新型耐压试验方法和装置串联谐振方法在实际施工中取得了很好的效果。本文将对基于串联谐振法的发电机交流耐压试验参数计算及设备选择展开具体探讨与论述。
1 工程概况
辽宁葫芦岛绥中1000WM机组发电机为东方汽轮机厂制造，汇水管采用死接地方式接地，耐压试验是在模拟实际工况下通水进行试验，出厂耐压试验值为55000V，现场交接试验要求为出厂耐压试验值的80%为44000V，定子设计电容值为197nF，发电机各项技术参数见表1。
表1 发电机各项技术参数
2 绝缘耐压试验
2.1耐压试验的物理模型
一切绝缘体，在电场作用下的等效模型如下图的多个电路串、并联组成，对于不同的材料的绝缘设备，其电容及电阻大小是不同的。电场作用下的等效模型如图1所示。
图1 电场作用下的等效模型图
一切的耐压试验都是建立在此模型的基础上的。不同的耐压方法它所产生的电压都将加在此模型上;对于直流耐压试验，加在绝缘体上的电压是按照电阻分布的，对于交流耐压试验则是按照电容分布的，选择哪种耐压方法是根据绝缘材料的特性和应用场合等多种因素决定的。例如：油纸绝缘电缆采用直流电源试验取得了很成功的试验成果，但直流试验却不适合于交联电缆的试验。实践证明，直流耐压对GIS、GIT、GIB也没有效果。所以现场试验的最佳电源是工频电源，如试验室的电源45—65HZ。根据GB50150规程，现场的电缆、GIS的试验采用更大频率范围的30—300HZ。
2.2耐压试验的电源设备
产生高压电压电源有直流电源与交流电源，其中，交流电源有以下几种：传统的试验变压器，试验频率为工频;可调电感式谐振系统，试验频率为工频;调频式谐振系统，固定电抗器，通过变频电源将一可调频率电压加到试品上，改变频率以达到谐振。
3 串联谐振的发电机交流耐压试验
3.1串联谐振的基本原理简述
串联谐振原理见图2。
图2 串联谐振原理
图3中，R为等效电抗器L的内阻;感抗;容抗;串联回路的总阻抗;容上的电压为：;当时，回路阻抗有最小值：Z=R;有;，即串联回路频率特性满足时，回路阻抗有最小值：Z=R，我们称此时为串联谐振状态。
当串联回路处于谐振状态时，电容上的电压为：
（电抗器品质因数）
由上式可以看出在电容上的电压UC高于电源输入电压U的Q倍，在工程应用中，电抗器品质因数Q一般取几十到几百。在串联回路处于谐振状态时，Z=R回路呈阻性，电感上的电流IL和电容上的电流IC方向相反，大小相等，相互抵消。回路中的视在功率为：;有功功率为：;无功功率为：;电感和电容上的无功功率为：。
3.2串联谐振在实际应用中的注意事项
在工程实际应用中：谐振回路的有功损耗还有电晕、电导损耗、涡流损耗等，故有功损耗会大于I2R;谐振回路中的电阻是等效出来的，其实际是电抗器的内阻rL、励磁变压器副边直流电阻和电容器的等效损耗电阻rC之和，所以工程中所测电压和电流之积为电抗器或电容器上的视在功率;谐振回路中的电源提供的容量（有功功率等于无功功率），为电抗器上所产生容量的1/Q倍（Q谐振回路的品质因数）;发电机由于经过制造、运输、存放，定子绕组可能存在制造缺陷、绝缘本身劣化损坏等，影响发电机的安全运行。通过测量定子绕组的绝缘电阻和吸收比，可以发现绕组受潮情况，直流电阻能反映绕组焊接头有没有开焊，直流耐压试验能更有效地发现发电机绕组端部的绝缘缺陷，交流耐压试验是发电机绝缘的关键性试验，它能有效地检验出绕组先遣槽内的部分缺陷。
4 发电机定子绕组交流耐压试验的设备选择及参数计算
4.1试验变压器的选用
试验变压器要有足够大的容量，以免产生高次谐波电压，当绕组的电容量较大时，要按下式验算试验变压器作绕组耐压试验时的额定容量。
式中：S——试验时电源和试验变压器容量（KVA）;U——试验电压（V）;Unt--试验变压器高压侧额定电压（V）;f——-电源频率（Hz）;C——被测绕组的相电容（f）。
变频串联谐振成套试验装置，试验频率45-65Hz。机端20kV发电机试验电压35kV，试验频率45-65Hz。单独使用4台YDCK-50/20（带补偿电容器）可完成0.06-0.44uF的试品，基本能满足各种发电机的试验电容量的要求;另外，单独使用2台YDCK-55/55（带补偿电容器）可完成0-0.12uF的试品，作为特殊情况下的补充。
试验频率（Hz）的选取为试验用电抗，单位为亨;C为被试品电容，单位为法拉。高压试验电流（A）：为试验电压;试验容量（kVA）S=UI。
4.2定子绕组交流耐压试验电压的计算
按标准额定电压20000V的发电机，其试验电压为：（2Un+1000）*0.8（V），Un为发电机的额定电压。试验设备过压保护、击穿保护整定：;定子绕组交流耐压试验电压为：32800（V），时间为1min。试验时每相电容电流大约为：2.2A（经验数据）;试验原理见图3。
图3 定子绕组交流耐压试验原理图
4.3发电机定子绕组交流耐压试验的案例分析
4.3.1发电机试验前的电容量的测量及高压侧电流的估算
辽宁葫芦岛绥中1000WM机组发电机通水前的电容为219nF;通水后电容为：257nF（此数据为水质为1.0μS/cm时测得）。
为了得到更准确的参考数据，用低电压法对发电机定子加200V电压，通过测量电流从而可以换算出定子电容，经过测量电压为200V时电流为16mA。产生的电流主要为电容电流，所以，也可以估算出高压侧电流为：。
以上电容、电流的测量与计算的准确与否直接影响到试验频率的高低，还有设备的配备。
4.3.2电抗器配备的选择
通过以上的数据，根据来计算电抗值，耐压要求是工频，频率定为48-52HZ（此频率是按发电机厂家要求所定），下面计算按f=50HZ时计算。由于在不同的情况下测量的电容数据有很大差异，所以试验前的电抗配备预先确定二个方案，如表2所示。
表2 电抗配备方案对比
以上计算出的频率在实际试验时考虑到试验导线的电容影响频率有可能会低于计算频率。
4.2.2实际试验结果与计算结果的比较分析
表3 实际试验结果
对实际试验结果（见表3）的分析计算后，得出的电容值为225nF，与第一套方案比较吻合。
5 结语
本次试验结果证明，发电机通水前测得的电容是比较准确的，交流耐压试验可以参考通水前的电容来配备设备，这样减少了现场试验的误差，节省了大部分的时间及人力，为今后的百万机组的耐压试验积累了一定得数据。
参考文献：
[1]孙建军.调频式串联谐振交流高压试验装置的研制[J].大连理工大学.2012（06）.
[2]李宇峰.高压试验中串联谐振试验装置的原理分析与应用[J].科技创业家.2012（09）.
作者简介：陈文树，男，1982年出生，内蒙古赤峰人，上海电力学院毕业，专业：电气工程及其自动化2005年7月至今在上海电力安装第二工程公司工作。
【关键词】 串联谐振;高压试验;发电机;参数;计算;设备选择;结论分析
引言：
由于发电机在通水前后的差别较大，并且在通水后测量的电容量极不稳定，每次测量的结果皆不相同，因而确定发电机的电容量是一项难度较大的工作，稍有不慎便会给设备的配备带来很大变数。新型耐压试验方法和装置串联谐振方法在实际施工中取得了很好的效果。本文将对基于串联谐振法的发电机交流耐压试验参数计算及设备选择展开具体探讨与论述。
1 工程概况
辽宁葫芦岛绥中1000WM机组发电机为东方汽轮机厂制造，汇水管采用死接地方式接地，耐压试验是在模拟实际工况下通水进行试验，出厂耐压试验值为55000V，现场交接试验要求为出厂耐压试验值的80%为44000V，定子设计电容值为197nF，发电机各项技术参数见表1。
表1 发电机各项技术参数
2 绝缘耐压试验
2.1耐压试验的物理模型
一切绝缘体，在电场作用下的等效模型如下图的多个电路串、并联组成，对于不同的材料的绝缘设备，其电容及电阻大小是不同的。电场作用下的等效模型如图1所示。
图1 电场作用下的等效模型图
一切的耐压试验都是建立在此模型的基础上的。不同的耐压方法它所产生的电压都将加在此模型上;对于直流耐压试验，加在绝缘体上的电压是按照电阻分布的，对于交流耐压试验则是按照电容分布的，选择哪种耐压方法是根据绝缘材料的特性和应用场合等多种因素决定的。例如：油纸绝缘电缆采用直流电源试验取得了很成功的试验成果，但直流试验却不适合于交联电缆的试验。实践证明，直流耐压对GIS、GIT、GIB也没有效果。所以现场试验的最佳电源是工频电源，如试验室的电源45—65HZ。根据GB50150规程，现场的电缆、GIS的试验采用更大频率范围的30—300HZ。
2.2耐压试验的电源设备
产生高压电压电源有直流电源与交流电源，其中，交流电源有以下几种：传统的试验变压器，试验频率为工频;可调电感式谐振系统，试验频率为工频;调频式谐振系统，固定电抗器，通过变频电源将一可调频率电压加到试品上，改变频率以达到谐振。
3 串联谐振的发电机交流耐压试验
3.1串联谐振的基本原理简述
串联谐振原理见图2。
图2 串联谐振原理
图3中，R为等效电抗器L的内阻;感抗;容抗;串联回路的总阻抗;容上的电压为：;当时，回路阻抗有最小值：Z=R;有;，即串联回路频率特性满足时，回路阻抗有最小值：Z=R，我们称此时为串联谐振状态。
当串联回路处于谐振状态时，电容上的电压为：
（电抗器品质因数）
由上式可以看出在电容上的电压UC高于电源输入电压U的Q倍，在工程应用中，电抗器品质因数Q一般取几十到几百。在串联回路处于谐振状态时，Z=R回路呈阻性，电感上的电流IL和电容上的电流IC方向相反，大小相等，相互抵消。回路中的视在功率为：;有功功率为：;无功功率为：;电感和电容上的无功功率为：。
3.2串联谐振在实际应用中的注意事项
在工程实际应用中：谐振回路的有功损耗还有电晕、电导损耗、涡流损耗等，故有功损耗会大于I2R;谐振回路中的电阻是等效出来的，其实际是电抗器的内阻rL、励磁变压器副边直流电阻和电容器的等效损耗电阻rC之和，所以工程中所测电压和电流之积为电抗器或电容器上的视在功率;谐振回路中的电源提供的容量（有功功率等于无功功率），为电抗器上所产生容量的1/Q倍（Q谐振回路的品质因数）;发电机由于经过制造、运输、存放，定子绕组可能存在制造缺陷、绝缘本身劣化损坏等，影响发电机的安全运行。通过测量定子绕组的绝缘电阻和吸收比，可以发现绕组受潮情况，直流电阻能反映绕组焊接头有没有开焊，直流耐压试验能更有效地发现发电机绕组端部的绝缘缺陷，交流耐压试验是发电机绝缘的关键性试验，它能有效地检验出绕组先遣槽内的部分缺陷。
4 发电机定子绕组交流耐压试验的设备选择及参数计算
4.1试验变压器的选用
试验变压器要有足够大的容量，以免产生高次谐波电压，当绕组的电容量较大时，要按下式验算试验变压器作绕组耐压试验时的额定容量。
式中：S——试验时电源和试验变压器容量（KVA）;U——试验电压（V）;Unt--试验变压器高压侧额定电压（V）;f——-电源频率（Hz）;C——被测绕组的相电容（f）。
变频串联谐振成套试验装置，试验频率45-65Hz。机端20kV发电机试验电压35kV，试验频率45-65Hz。单独使用4台YDCK-50/20（带补偿电容器）可完成0.06-0.44uF的试品，基本能满足各种发电机的试验电容量的要求;另外，单独使用2台YDCK-55/55（带补偿电容器）可完成0-0.12uF的试品，作为特殊情况下的补充。
试验频率（Hz）的选取为试验用电抗，单位为亨;C为被试品电容，单位为法拉。高压试验电流（A）：为试验电压;试验容量（kVA）S=UI。
4.2定子绕组交流耐压试验电压的计算
按标准额定电压20000V的发电机，其试验电压为：（2Un+1000）*0.8（V），Un为发电机的额定电压。试验设备过压保护、击穿保护整定：;定子绕组交流耐压试验电压为：32800（V），时间为1min。试验时每相电容电流大约为：2.2A（经验数据）;试验原理见图3。
图3 定子绕组交流耐压试验原理图
4.3发电机定子绕组交流耐压试验的案例分析
4.3.1发电机试验前的电容量的测量及高压侧电流的估算
辽宁葫芦岛绥中1000WM机组发电机通水前的电容为219nF;通水后电容为：257nF（此数据为水质为1.0μS/cm时测得）。
为了得到更准确的参考数据，用低电压法对发电机定子加200V电压，通过测量电流从而可以换算出定子电容，经过测量电压为200V时电流为16mA。产生的电流主要为电容电流，所以，也可以估算出高压侧电流为：。
以上电容、电流的测量与计算的准确与否直接影响到试验频率的高低，还有设备的配备。
4.3.2电抗器配备的选择
通过以上的数据，根据来计算电抗值，耐压要求是工频，频率定为48-52HZ（此频率是按发电机厂家要求所定），下面计算按f=50HZ时计算。由于在不同的情况下测量的电容数据有很大差异，所以试验前的电抗配备预先确定二个方案，如表2所示。
表2 电抗配备方案对比
以上计算出的频率在实际试验时考虑到试验导线的电容影响频率有可能会低于计算频率。
4.2.2实际试验结果与计算结果的比较分析
表3 实际试验结果
对实际试验结果（见表3）的分析计算后，得出的电容值为225nF，与第一套方案比较吻合。
5 结语
本次试验结果证明，发电机通水前测得的电容是比较准确的，交流耐压试验可以参考通水前的电容来配备设备，这样减少了现场试验的误差，节省了大部分的时间及人力，为今后的百万机组的耐压试验积累了一定得数据。
参考文献：
[1]孙建军.调频式串联谐振交流高压试验装置的研制[J].大连理工大学.2012（06）.
[2]李宇峰.高压试验中串联谐振试验装置的原理分析与应用[J].科技创业家.2012（09）.
作者简介：陈文树，男，1982年出生，内蒙古赤峰人，上海电力学院毕业，专业：电气工程及其自动化2005年7月至今在上海电力安装第二工程公司工作。