调频式串联谐振技术在大型发电机试验中的应用

孙 晖，孔林书

（台州发电厂，浙江 台州 318016）

交流耐压试验是考验发电机绝缘性能的重要试验，其试验电压波形与频率均与发电机运行状态一致，能有效发现发电机的绝缘隐患。以往采用的试验变压器成套装置由于体积庞大、试验所需电源容量大，给试验工作带来很多困难。近年来，调频串联谐振试验装置由于能有效减轻试验工作的难度和强度，得到了广泛应用。

1 试验原理

调频式串联谐振试验装置的工作原理如图1所示。试验电源为工频220 V或380 V，由变频器转换成频率、电压可调的励磁电源，经励磁变压器送入由电抗器L和被试品Cx构成的高压串联谐振回路。分压器为纯电容式的，用来测量试验电压。变频器经励磁变压器T向主谐振电路输送一个较低的电压Ue，调节变频器的输出频率，当频率满足条件时，电路即达到谐振状态，此时有Ucx=QUe。

Q为品质因素，通常在较小的励磁电压Ue下，在被试品Cx上产生几十倍于Ue的电压Ucx，通过被试品的电流为I=2πfCxUcx。

图1 调频式串联谐振试验原理

调频式串联谐振具有以下优点：

（1）品质因素Q值愈高，所需电源容量愈小。

（2）谐振电抗器L与被试品Cx处于谐振状态，形成良好的滤波电路，故输出电压Ucx为良好的正弦波形。

（3）当被试品击穿时就失去谐振条件，高压电压和低压电流自动减小，因此不会扩大被试品的故障点。

2 调频式串联谐振试验装置

调频式串联谐振试验装置的主要组成部件为∶

（1）1台变频电源控制箱，工作电源380 V，输出电压为0～450 V，最大输出电流35 A，输出频率30～300 Hz，额定输出功率16 kW。

（2）2台励磁变压器，额定容量8 kVA，输出1750 V/1 A，有4个绕组可串联、并联使用。

（3）4台谐振电抗器，最高工作电压为40 kV，最大工作电流为1 A，电感量为130.8 H。

（4）1台电容分压器，工作方式是纯电容式，额定电压为40 kV（有效值）。

（5）1套负载补偿电容器，参数为40 kV/0.018 μF。当发电机电容量较小时，并联补偿电容器可使谐振频率小于规定上限频率。同时还可用作模拟负载，方便系统谐振空升试验和操作培训。

主测分两次进行。第一次主测时，HP－A班和LP－C班听较慢语速的版本，HP－B班和LP－D班听正常语速的版本。接下来的问卷调查显示所有学生都对测试中的听力材料不熟悉。随后，HP－B班和LP－D班听力课堂上所有教学材料均采用较慢语速版本。十个自然教学周后，HP－B班和LP－D班的学生进行较慢语速版本(第一次主测中HP－A班和LP－C班所使用的版本)的第二次主测。这样，对同一份听力测试试卷就可以收集到横向和纵向两个方向的对比数据信息。利用SPSS17．0对原始数据进行独立样本和成对样本的T检验分析，以检测输入语速和听力理解的相互关系。

3 现场试验

通过现场多台大型发电机的交流耐压试验，发现理论计算相关参数如谐振频率、试验电流与实测值基本一致，完全能满足试验要求。而Q值也表明该装置能大大降低对试验电源容量的需求，完全适应现场实际条件。

3.1 300 MW发电机交流耐压试验

2010年3月，对某发电厂10号发电机采用调频式串联谐振试验装置进行交流耐压试验。

10号发电机为东方汽轮发电机有限公司制造的QFSN-300-2型汽轮发电机，额定功率300 MW，定子额定电压20 kV，采用水氢氢冷却方式，实测相对地电容为0.3008 μF。

根据发电机的有关参数及试验要求,谐振装置的系统配置为：40 kV/1 A、电感量130.8 H的电抗器4只；8 kVA励磁变压器2台；40 kV/0.018 μF的补偿电容器1台。

（1）理论计算：定子额定电压 Un＝20 kV，试验电压U＝1.5Un＝30 kV，谐振频率49.3Hz。

试验电流 I＝2πfCU＝2×3.14×49.3×（0.3008+0.018）×30＝2.961 A。

（2）实测试验电流为3.0 A，谐振频率为50.7 Hz，Ue＝212×7.77＝1647 V，Q 值为 18.2。

3.2 600 MW发电机交流耐压试验

2010年4月，对某电厂2号发电机采用调频式串联谐振试验装置进行交流耐压试验。

根据发电机的有关参数，谐振装置的系统配置为：40 kV/1 A、电感量130.8 H的电抗器3只；8 kVA励磁变压器2台；40 kV/0.018 μF的补偿电容器1台。

（1）理论计算：定子额定电压Un＝20 kV，试验电压 U＝1.5Un＝30 kV，谐振频率50.56 Hz。 试验电流 I＝2πfCU＝2×3.14×50.56×（0.2093+0.018）×30＝2.17 A。

（2）实测试验电流为2.28 A，谐振频率为50.6 Hz， Ue＝310×7.77＝2408 V， Ucx＝30 kV， Q 值为12.5。

4 现场试验应注意的问题

使用调频式串联谐振试验装置进行发电机交流耐压试验时，现场操作应注意以下问题：

（1）对氢冷发电机的试验应在充氢后含氢量为96%以上或排氢后含氢量在3%以下时进行，严禁在气体置换过程中进行试验。

（2）试验操作人员应不少于2人，试验时应严格遵守高压试验的安全作业规程。

（3）保证足够电源容量（尤其满负载时），单相电源供电设备电源线截面积应不小于4.0 mm2，三相电源供电设备电源线（相线）截面积应不小于2.5 mm2（3×2.5＋1×1.5 mm2）。

（4）电抗器不可超负荷运行，试验电压及试验电流不能超过电抗器的额定电压、额定电流和允许的连续运行时间，以免电抗器因过热而损坏。

（5）当试验电压高于电抗器额定工作电压时，应采用多个电抗器串联使用，处于高电位的电抗器应加绝缘底座。试验电流大于电抗器额定工作电流时，应采用多个电抗器并联使用。不同规格的电抗器不得串联或并联使用。

（6）使用电抗器时应移除其周围的金属物体，并绝对避免直接将电抗器放置在钢板、铜板等较大面积金属导体上，可在电抗器底部放置面积较大的绝缘板，或直接放置在水泥地上。因为因涡流引起的发热将导致系统有功输入增加，甚至使试验电压达不到预期试验值。布置时电抗器应尽量分开，以消除互感的影响。

（7）分压器本体与其高度相等的范围内应无其它物体，高压引线与分压器本体的夹角不小于90°，且应拉直绷紧，并与四周物体保持足够的绝缘距离。

（8）试验时在励磁变压器的接地端串接1块电流表，以监视电流是否超过励磁变压器及电抗器的允许电流。

（9）调频式串联谐振试验装置不宜采用自动加压方式，建议采用手动调压，以便控制。升压速度应依据高压试验相关作业规程，或控制在2～3 kV/s。

（10）多配置几个不同电感量的电抗器、不同电容量的补偿电容器，以便将谐振频率尽量匹配到50 Hz，发电机的谐振频率应尽量控制在48～52 Hz。

[1] 程剑烽.调频调感串联谐振在发电机试验中的应用[J].华电技术，2010，32（12）∶1-3.

[2] DL/T 596-1996电力设备预防性试验规程[S].北京：中国电力出版社，1997.

[3] GB 50150-2006电气装置安装工程 电气设备交接试验标准[S].北京：中国计划出版社，2006.