发电机电容电流的测量及数据分析

摘要：凌津滩电厂装机9台，总容量27万千瓦，是我国大容量、灯泡式贯流式机组的电厂。其中#1—#5机组为日立公司生产，#6—#9机组为日立设计哈尔滨电机厂生产。单机容量为30MW，额定电压10.5KV，发电机中性点不接地。
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关键词：发电机 电容电流 测量 数据 字串5

 

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0  前言 字串1

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凌津滩电厂装机9台，总容量27万千瓦，是我国大容量、灯泡式贯流式机组的电厂。其中#1—#5机组为日立公司生产，#6—#9机组为日立设计哈尔滨电机厂生产。单机容量为30MW，额定电压10.5KV，发电机中性点不接地。

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根据《凌津滩电厂水轮发电机组及其附属设备》合同：

    1）第6.6.3.8中第2条《中性点装置》第3项中规定：两台机联合运行，单相接地电容电流大于3A时，若不能保证机组安全运行2小时，则各机组中性点均应采取补偿措施，补偿装置由卖方配套供货。

    2）附件6.3条设备性能保证及参数中规定：定子绕组每相对地电容0.3μF。 字串2

3）第6.8条规定现场试验：6.8.3.8条定子对地电容电流测量。这一条明确规定与电机交流耐压并列，即每台机都应作电容电流测量。  字串7

1        发电机电容的

凌津滩电厂发电机定子绕组为波绕双层、每槽两根线棒，定子线棒采用真空压力浸渍环氧树脂浸透线圈、线圈表面涂阻燃林料，分上下层嵌放到定子槽内。定子Z=342槽、计684根线棒，单支路每相线棒N=228根。

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定子绕组对地电容，由线圈的机械尺寸、绝缘材料的电介系数所确定。按机械尺寸、交流耐压及单相接地三种可计算得出，以#1机为例，分述如下。 

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1．1 机械尺寸进行电容的计算 字串8

一般的平板极电容计算，电容与电介系数ε_O及ε_r、极板面积 S成正比，与极间距离d成反比。 字串5

常用式子               C₀=ε_Oε_rS／d

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发电机的绕组电容计算，可将线棒导体展开成为一极。包有半导体材料的线棒与铁芯是紧靠的，当另外一极同时展开。中间的绝缘材料也展开，这是极板间的介质。 字串2

线棒导体的面积      S₁=（2b₁+2h₁）L

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包半导体的面积      S₂=(2b₂+2h₂)L    

电容极板的一侧      S=(S₁+S₂)/4=(b₁+h₁+b₂+h₂)L/2      字串2

绝缘的单边厚度      d=(b₂-b₁)/2

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一根线棒的电容      C₀=　 字串1

　　由日立公司提供单根线棒的断面尺寸如图1。 字串8

定子铁心长度包括通风沟 L=165cm。

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多股裸线棒一根截面尺寸 ｈ₁×b₁=5.45×1.658cm　　　　　　　　　　  　　　　　　　　

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包绝缘0.318cm后的尺寸 ｈ₂×b_2­=6.086×2.294cm

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环氧粉云母相对介质系数 ε_r=4～6、  　取ε_r=5         图１定子导线的尺寸 字串1

空气中的电气介质常数为 ε_O=1/18π10⁵、 字串9

一根线棒电容  C₀=       

字串1

              =0.00355μF

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单相电容为  C₁=NC₀=228×0.00355=0.809μF           字串3

三相电容为  C=3C₁=3×0.809=2.427μF

1．2 由交流耐压电流计算电容

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发电机定子交流耐压的常规方式是：三相分别耐压，而非加压相短接后与定子铁芯一同接地，这时耐压的电容实际为定子的三相电容。 字串9

发电机定子的交流耐压电流主要是按电容分布，线棒导体为电容的一极，另外一极为定子铁心，也是接地极。耐压电流中还有极少的线棒绝缘电阻电流但它和电容电流相比也是很小的。

如： 摇得一相线棒228根绝缘为10MΩ，如果电容为0.809μF，则

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容抗        X_C =1/2πfC 字串9

                        =10⁶/314×0.809=0.0079 MΩ 字串3

绝缘        R_S =10 MΩ 字串1

比值        X_C/R­_S=0.0079/10=0.079%

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因此在下面的计算中我们忽略电阻部分有功电流，近似地认为交流耐压即是定子的三相电容。于是交流耐压的电流

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       I_C=U /X_C=2πfCU

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三相电容       C=I_C/2πfU

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    单相电容       C_n=C/3

原#1机的定子耐压的厂家出厂试验、安装单位交接试验具体数值及计算电容如表1 字串7

                                              表1

资料来源 字串2	厂家日立公司 字串9	安装交接 字串2	平   均 字串9
电　　压　  （KV） 字串5	24 字串4	18．7 字串6	字串8
电　　流　  （Ａ） 字串8	5．52 字串5	4．5 字串8	字串8
单相电容　  (μF) 字串9	0．732 字串3	0．766 字串4	0．749 字串5
三相电容　  (μF) 字串1	2．196 字串3	2．298 字串8	2．247 字串2
一根线棒电容(μF) 字串6	0．00321 字串8	0．00336 字串7	0．00329 字串8

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1．3 单相接地测量电容

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1.3.1单相接地电容电流的测量原理 字串7

　　假设三相电压以A相电压为基准，且电压最大值为1，那么正常情况发电机三相的电压可表示如下：

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　        =∠0⁰     =∠240⁰      =∠120⁰          字串4

因为三相对地存在电容，所以即便是空载发电机三相也存在微弱的电流，且分别超前电压90⁰，和电压一样是对称，见图1。如果容抗为1，那么可表示为：

      =∠90⁰      =∠-30⁰      =∠210⁰     字串3

　                        （ａ）线路图　                     （ｂ）电压电流向量图

图1 正常状态三相电容电流 字串4

当C相接地时，因C相的电压为零，此时A、B相对地的电压等于对C相的电压，即正常时的线电压。所以此时的三相电压为 字串7

=0   =∠0⁰ - ∠120⁰ =∠-30⁰    =∠240⁰ - ∠120⁰ =∠-90⁰

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可见非接地相对地的电压上升为正常倍，因为是中性点不接地系统，所以短路电流如图2(a)所示经A、B对地电容、大地与C相形成回路。A、B对地的容抗不变，因对地电压升高倍，所以A、B相的电流数值分别比正常时升高倍，仍超前电压90⁰，分别为

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=/1==∠60⁰       =/1=∠0⁰

字串8

而C三相电流为A、B相电流之和，且方向相反，见图2(b)。 字串1

=-（+）=3∠210⁰        

C相电流即为单相短路的总接地电流，为正常情况下单相电容电流的3倍，由这个电流计算出的电容即为三相电容。

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字串3

（ａ）线路图　                       （ｂ）电压电流向量图

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图2 单相接地的电容电流

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1．3．2半电压下的接地试验

在#1发电机的出口母线上C相接地，现地分布开机，手动励磁，升到半电压0.5U_n=×2887=5000V。用晶体管钳式电流表夹到接地线上测量，使用的表计最小档位为200A档，读出的电流数为2.2Ａ，根据 字串9

接地电流       I_C=U/X_C=2πfCU

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三相电容     　C=I_C/2πfU=2.2/(314×2887)=2.427μF 字串2

单相电容     　Cn=C/3=2.427/3=0.809μF

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一根线棒电容　 C₀=C/2Z=0.00355μF

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1．3．3全电压下单相接地试验 字串8

发电机在额定电压下发生单相接地，因发电机对地电容不变，所以其接地电流应是半电压下的2倍。实际测的电流为4.5 A，与半电压下的试验数据比较相符。 字串5

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