發(fā)電機電容電流的測量及數(shù)據(jù)分析

1、發(fā)電機電容電流的測量及數(shù)據(jù)分析摘要：凌津灘電廠裝機9臺，總?cè)萘?7萬千瓦，是我國大容量、燈泡式貫流式機組的電廠。其中#1#5機組為日立公司生產(chǎn)，#6#9機組為日立設(shè)計哈爾濱電機廠生產(chǎn)。單機容量為30MW，額定電壓10.5KV，發(fā)電機中性點不接地。 關(guān)鍵詞：發(fā)電機 電容電流 測量 數(shù)據(jù)分析前言凌津灘電廠裝機9臺，總?cè)萘?7萬千瓦，是我國大容量、燈泡式貫流式機組的電廠。其中#1#5機組為日立公司生產(chǎn)，#6#9機組為日立設(shè)計哈爾濱電機廠生產(chǎn)。單機容量為30MW，額定電壓10.5KV，發(fā)電機中性點不接地。根據(jù)凌津灘電廠水輪發(fā)電機組及其附屬設(shè)備合同：1）第6.6.3.8中第2條中性點裝置第3項中規(guī)定：兩

2、臺機聯(lián)合運行，單相接地電容電流大于3A時，若不能保證機組安全運行2小時，則各機組中性點均應(yīng)采取補償措施，補償裝置由賣方配套供貨。2）附件6.3條設(shè)備性能保證及參數(shù)中規(guī)定：定子繞組每相對地電容0.3F。3）第6.8條規(guī)定現(xiàn)場試驗：6.8.3.8條定子對地電容電流測量。這一條明確規(guī)定與電機交流耐壓并列，即每臺機都應(yīng)作電容電流測量。1 發(fā)電機電容的計算凌津灘電廠發(fā)電機定子繞組為波繞雙層、每槽兩根線棒，定子線棒采用真空壓力浸漬環(huán)氧樹脂浸透線圈、線圈表面涂阻燃林料，分上下層嵌放到定子槽內(nèi)。定子Z=342槽、計684根線棒，單支路每相線棒N=228根。定子繞組對地電容，由線圈的機械尺寸、絕緣材料的電介系數(shù)

3、所確定。按機械尺寸、交流耐壓及單相接地三種方法可計算得出，以#1機為例，分述如下。11 機械尺寸進(jìn)行電容的計算一般的平板極電容計算，電容與電介系數(shù)O及r、極板面積 S成正比，與極間距離d成反比。常用式子 C0=OrSd發(fā)電機的繞組電容計算，可將線棒導(dǎo)體展開成為一極。包有半導(dǎo)體材料的線棒與鐵芯是緊靠的，當(dāng)另外一極同時展開。中間的絕緣材料也展開，這是極板間的介質(zhì)。線棒導(dǎo)體的面積 S1=（2b1+2h1）L包半導(dǎo)體的面積 S2=(2b2+2h2)L電容極板的一側(cè) S=(S1+S2)/4=(b1+h1+b2+h2)L/2絕緣的單邊厚度 d=(b2-b1)/2 一根線棒的電容 C0=由日立公司提供單根線

4、棒的斷面尺寸如圖1。定子鐵心長度包括通風(fēng)溝 L=165cm。多股裸線棒一根截面尺寸 1b1=5.451.658cm包絕緣0.318cm后的尺寸 2b2=6.0862.294cm環(huán)氧粉云母相對介質(zhì)系數(shù) r=46、 取r=5圖定子導(dǎo)線的尺寸空氣中的電氣介質(zhì)常數(shù)為 O=1/18105、一根線棒電容 C0=0.00355F單相電容為 C1=NC0=2280.00355=0.809F 三相電容為 C=3C1=30.809=2.427F12 由交流耐壓電流計算電容發(fā)電機定子交流耐壓的常規(guī)方式是：三相分別耐壓，而非加壓相短接后與定子鐵芯一同接地，這時耐壓的電容實際為定子的三相電容。發(fā)電機定子的交流耐壓電流主

5、要是按電容分布，線棒導(dǎo)體為電容的一極，另外一極為定子鐵心，也是接地極。耐壓電流中還有極少的線棒絕緣電阻電流但它和電容電流相比也是很小的。如： 搖得一相線棒228根絕緣為10M，如果電容為0.809F，則容抗 XC = 1/2fC =106/3140.809=0.0079 M絕緣 RS =10 M比值 XC/RS=0.0079/10=0.079%因此在下面的計算中我們忽略電阻部分有功電流，近似地認(rèn)為交流耐壓即是定子的三相電容。于是交流耐壓的電流IC=U /XC=2fCU三相電容 C=IC/2fU單相電容 Cn=C/3 原#1機的定子耐壓的廠家出廠試驗、安裝單位交接試驗具體數(shù)值及計算電容如表1表1

6、資料來源廠家日立公司安裝交接平均電壓 （KV）24187電流 （）55245單相電容 (F)073207660749三相電容 (F)219622982247一根線棒電容(F)00032100033600032913 單相接地測量電容1.3.1單相接地電容電流的測量原理假設(shè)三相電壓以A相電壓為基準(zhǔn)，且電壓最大值為1，那么正常情況發(fā)電機三相的電壓可表示如下：=0 =240 =1200 因為三相對地存在電容，所以即便是空載發(fā)電機三相也存在微弱的電流，且分別超前電壓900，和電壓一樣是對稱，見圖1。如果容抗為1，那么可表示為：=900 =-300 =2100 （）線路圖 （）電壓電流向量圖圖1 正常狀

7、態(tài)三相電容電流當(dāng)C相接地時，因C相的電壓為零，此時A、B相對地的電壓等于對C相的電壓，即正常時的線電壓。所以此時的三相電壓為=0 =00 -1200 =-300 =2400 -1200 =-900可見非接地相對地的電壓上升為正常倍，因為是中性點不接地系統(tǒng)，所以短路電流如圖2(a)所示經(jīng)A、B對地電容、大地與C相形成回路。A、B對地的容抗不變，因?qū)Φ仉妷荷弑?，所以A、B相的電流數(shù)值分別比正常時升高倍，仍超前電壓900，分別為=/1=600 =/1=00而C三相電流為A、B相電流之和，且方向相反，見圖2(b)。=-（+）=32100 C相電流即為單相短路的總接地電流，為正常情況下單相電容電流的3

8、倍，由這個電流計算出的電容即為三相電容。（）線路圖 （）電壓電流向量圖圖2 單相接地的電容電流132半電壓下的接地試驗在#1發(fā)電機的出口母線上C相接地，現(xiàn)地分布開機，手動勵磁，升到半電壓0.5Un=2887=5000V。用晶體管鉗式電流表夾到接地線上測量，使用的表計最小檔位為200A檔，讀出的電流數(shù)為2.2，根據(jù)接地電流 IC=U/XC=2fCU三相電容 C=IC/2fU=2.2/(3142887)=2.427F單相電容 Cn=C/3=2.427/3=0.809F一根線棒電容 C0=C/2Z=0.00355F133全電壓下單相接地試驗發(fā)電機在額定電壓下發(fā)生單相接地，因發(fā)電機對地電容不變，所以其

9、接地電流應(yīng)是半電壓下的2倍。實際測的電流為4.5 A，與半電壓下的試驗數(shù)據(jù)比較相符。2 電容及單相接地電流的分析對于中性點不接地發(fā)電機，如果電容電流過大，容易損壞繞組對定子鐵芯的絕緣而形成常見的單相接地故障，若不及時發(fā)現(xiàn)，又出現(xiàn)另一接地點，就會造成匝間或相間短路，使發(fā)電機受到更嚴(yán)重的破壞。所以，在我國，10.5KV系統(tǒng)中性點不接地發(fā)電機的單相接地電流要求小于35A。對于水輪機則要求小于3A。而#1機在全電壓單相接地試驗中的接地電流已有4.5A。另外，#1發(fā)電機由機械尺寸計算和半電壓單相接地方法所得單相電容值0.809F相符合。而日立公司的出廠試驗數(shù)據(jù)所得電容值單相電容值0.732F和安裝單位的

10、交流耐壓試驗數(shù)據(jù)所得電容值單相電容值0.766F偏小，考慮到測量儀器的不同及誤差，可做參考。但所有這些數(shù)據(jù)都遠(yuǎn)大于凌津灘電廠水輪發(fā)電機組及其附屬設(shè)備合同附件6.3條設(shè)備性能保證及參數(shù)中規(guī)定：定子繞組每相對地電容0.3F。表2列出了#1#4安裝單位交流耐壓試驗后電容電流（取自接地線）以及計算出的單相電容，其中#1機為轉(zhuǎn)子阻尼條燒損事故后，磁極重裝后的數(shù)據(jù)。表2相 別ABC平 均#1機I （A）4.44.334.334.35C （F）0.7490.7370.7370.741#2機I （A）42444343C （F）0715074907320732#3機I （A）4254343428C （F）0724073207320729#4機I （A）454444443C （F）0766074907490755從上表可見：機組的實際單相電容均大于0.7F，制造廠日立公司提供的單相電容設(shè)計值0.3F，以及后來電傳的每相保證值0.67F，都是不可信的。3 結(jié)束語通過一系列的試驗顯示：日立公司生產(chǎn)的這組發(fā)電機的單相電容超標(biāo)，導(dǎo)致發(fā)電機在單相接地電流都大于4A，凌津灘電廠9臺機組，除#5機，其余8臺都是2機1變的擴大單元接線，實際兩機并列運行時發(fā)生定子繞組單相接地時電流可達(dá)89A，這還未把發(fā)電機母線和主變的電容考慮進(jìn)來。凌津灘發(fā)電機在并網(wǎng)后定子線圈的溫度一般都在8090，