乌东德水电站定子耐压试验分析

陈颖润，曹 琳

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

1 引言

乌东德右岸电站水轮发电机组设备由GE公司制造供货。定子机座由钢板焊接而成，为运输方便，机座分成6瓣，在工地组焊成整圆。在工地组焊、叠片、吊装，调整完成后，在相应的发电机机坑内进行定子下线工作。耐压试验前对试验进行了具体的分析。

2 试验的目的依据和项目

(1) 试验目的为检查定子线棒整体安装的质量情况是否达到技术要求。

(2) 试验依据为：①水轮发电机组安装技术规范(GB/T8564-2003)[1]；②金沙江乌东德水电站右岸电站机电设备安装与调试工程合同； ③厂家产品技术文件； ④电气设备交接试验标准(GB50150-2016)； ⑤乌东德水电站850MW水轮发电机组安装质量检测标准。

(3) 试验项目为：①各相、各支路直流电阻测量； ②整体分相耐压前RTD检查：绝缘测量和阻值测量； ③整体分相耐压前绝缘测量； ④分相直流泄漏测量； ⑤整体分相交流耐压； ⑥整体分相耐压后绝缘测量； ⑦整体分相耐压后RTD检查：绝缘测量和阻值测量。

3 试验前的准备工作

(1)彻底清扫定子绕组及铁芯，用白布擦拭干净线棒端部[2]。

(2)试验电源连接到位，选用630A空气开关，试验电源线采用YCW-3×240+1×120 mm2的电缆[3]。

(3)试验前必须进行技术交底。

(4)试验前确认试验仪器、仪表完好，接线正确和电源线绝缘满足要求，全面检查无缺陷。

(5)对试验设备进行通电检查，包括电压增减操作、间隙大小操作、过电压保护调整以及主回路通电检查。

(6)试验人员必须熟练掌握试验变压器的注意事项及操作方法。

4 试验方法及结果分析

4.1 各相、各支路直流电阻值测量

在室温下，测得的定子绕组各支路间的直流电阻最大与最小两相间的差值，在校正了由于引线长度不同引起的误差以后，应不大于测得的最小电阻值的2%。

直流电阻测量进行两次：第一次：线棒电接头焊接完成后，在汇流环安装焊接前测量；第二次：汇流环及引出线等安装完成后测量。

4.2 测温电阻检查

(1)整体分相交流耐压前：用万用表测量温度电阻、核对应无异常，用500 V兆欧表测量绝缘电阻，绝缘电阻值应不小于100 MΩ。

(2)整体交分相流耐压后：用万用表测量温度电阻、核对应无异常，用500 V兆欧表测量绝缘电阻，绝缘电阻值应不小于100 MΩ。

4.3 交流耐压前绝缘测量

(1)定子绕组对机壳或绕组间的绝缘电阻值在换算至100 ℃，不低于2.11 MΩ。对于干燥清洁的水轮发电机，在室温t(℃)时测得的定子绕组绝缘电阻值Rt(MΩ)应大于按下式进行修正的Rt值(MΩ)：

(1)

式(1)中，R为对应温度100 ℃时的定子绕阻热态绝缘电阻最低值2.11 MΩ。定子绕组的绝缘电阻值应采用5000 V兆欧表进行测量。各相绝缘电阻不平衡系数不应大于2。

(2)吸收比或极化系数。定子线棒绝缘电阻的吸收比R60S/R15S(在60 s和15 s分别测得的在40 ℃以下时的绝缘电阻值)不小于1.6，定子下层线棒绝缘电阻的极化指数R10/R1(在10 min和1 min分别测得的40 ℃时的绝缘电阻值)不小于2.0。

4.4 分相直流泄漏值测量

(1)用直流发生器进行直流耐压测量泄漏电流，试验电压按每级0.5Un逐步升压，每阶段停留1 min，读取泄漏电流值，升到试验电压为3Un即66 kV。

(2)每阶段停留泄漏电流应不随时间延长而增大，在规定的试验电压下各相泄漏电流的差别不应大于最小值的50%。

4.5 定子整体分相交流耐压试验

4.5.1 试验设备参数及设备选取

交流耐压设备是采用串联谐振试验变压器，试验设备选取主要是对可调电感和固定电感选取。基本参数如下。

额定容量： 5100 kVA,额定电压：60 kV。

额定电流： 85A,可调电感量范围：7.64～50.66H。

固定电抗器电感量(3台)：电感量9.2H—2台，电感量9H—1台。

交流耐压试验分A、B、C三相进行，试验过程中非被试相均接地[4]。试验设备使用甲方提供的串联谐振试验变压器。图1是串联谐振电路原理图，L：可调电抗器的电感量；Cx：被试品电容量；R：可调电抗器的有功损耗与被试品介损等及回路综合损耗的等效串联电阻。当在感抗XL全等于负载电容的容抗Xcx时，实现完全谐振：

每相对地电容C0= 2.96 μF(设计值)

对应的谐振电感L0为：

L0= 1/ω2C= 3.42H

电容电流IC=UcωC = 47000×2πF×2.96×10-6

=43.70A

Uc为试验电压=2Ue+3kV=47kV

试验设备输入功率:

P=S/Q=UcIC/10 = 47×43.70/10

=205.4 kW(品质因数Q取10)

经上述计算选用可调电抗器和二节9.2H固定电抗器并联，其电感在2.87～4.22H区间，能满足谐振要求。

图1 串联谐振电路原理

4.5.2 交流耐压试验程序

(1)线棒焊头连接完成、绝缘盒安装后，中性点断开，定子绕组进行分相整体耐压，试验前测温电阻RTD进行短接并可靠接地，非耐压相进行短接并可靠接地，试验电压(2UN+3.0)kV，即47 kV。试验接线图见图2。

(2)分别对三相绕组线棒进行绝缘测量。

(3)将一相连线至试验变高压侧,另两相接地[5]。

(4)合操作电源及主电源开关。

(5)先略升压,以给定一个很低的起始电压,然后调节可调电感,使其达到全谐振,最后再缓缓升压至47 kV，耐压时间1 min。

(6)1min到后,降压至最低,然后再跳开关。

(7)先挂接地线,再取下线棒高压线[6]。

(8)测量绝缘,如无问题,将从第3)步开始重复下一段线棒试验,直至试验完毕。

(9)试验完毕,断开电源开关,拆除电源线及设备连线。

图2 定子绕组整体分相耐压试验接线

4.6 整体分相耐压后的绝缘测量

耐压完成后，用5000 V兆欧表测量下层线棒的绝缘电阻，绝缘电阻跟耐压前的绝缘相比，无突变。

5 试验结果分析

5.1 直流耐压试验结果分析

表1表明，通过直流耐压发现GE机组的定子泄漏值还是比较大的，但三相之间比较误差还是很小。

表1 直流耐压试验结果分析 Un=22 kV

5.2 交流耐压试验结果分析

表2表明，通过交流耐压试验发现，设计电容和现场试验计算电容还是有一定的误差，所以在设备选型时还是要保持有一定的余量。

表2 交流耐压试验结果分析

6 结论

因为定子整体对地电容量大，交流耐压试验时需要采用串联电抗器的方式进行补偿电容，需要找到谐振点，减小电流，已达到最理想的谐振耐压点。本文对850 MW级发电机组定子试验进行了分析，为以后巨型机组试验提供借鉴。