調頻式串聯諧振技術在大型發電機試驗中的應用

孫 暉，孔林書

（臺州發電廠，浙江 臺州 318016）

交流耐壓試驗是考驗發電機絕緣性能的重要試驗，其試驗電壓波形與頻率均與發電機運行狀態一致，能有效發現發電機的絕緣隱患。以往采用的試驗變壓器成套裝置由于體積龐大、試驗所需電源容量大，給試驗工作帶來很多困難。近年來，調頻串聯諧振試驗裝置由于能有效減輕試驗工作的難度和強度，得到了廣泛應用。

1 試驗原理

調頻式串聯諧振試驗裝置的工作原理如圖1所示。試驗電源為工頻220 V或380 V，由變頻器轉換成頻率、電壓可調的勵磁電源，經勵磁變壓器送入由電抗器L和被試品Cx構成的高壓串聯諧振回路。分壓器為純電容式的，用來測量試驗電壓。變頻器經勵磁變壓器T向主諧振電路輸送一個較低的電壓Ue，調節變頻器的輸出頻率，當頻率滿足條件時，電路即達到諧振狀態，此時有Ucx=QUe。

Q為品質因素，通常在較小的勵磁電壓Ue下，在被試品Cx上產生幾十倍于Ue的電壓Ucx，通過被試品的電流為I=2πfCxUcx。

圖1 調頻式串聯諧振試驗原理

調頻式串聯諧振具有以下優點：

（1）品質因素Q值愈高，所需電源容量愈小。

（2）諧振電抗器L與被試品Cx處于諧振狀態，形成良好的濾波電路，故輸出電壓Ucx為良好的正弦波形。

（3）當被試品擊穿時就失去諧振條件，高壓電壓和低壓電流自動減小，因此不會擴大被試品的故障點。

2 調頻式串聯諧振試驗裝置

調頻式串聯諧振試驗裝置的主要組成部件為∶

（1）1臺變頻電源控制箱，工作電源380 V，輸出電壓為0～450 V，最大輸出電流35 A，輸出頻率30～300 Hz，額定輸出功率16 kW。

（2）2臺勵磁變壓器，額定容量8 kVA，輸出1750 V/1 A，有4個繞組可串聯、并聯使用。

（3）4臺諧振電抗器，最高工作電壓為40 kV，最大工作電流為1 A，電感量為130.8 H。

（4）1臺電容分壓器，工作方式是純電容式，額定電壓為40 kV（有效值）。

（5）1套負載補償電容器，參數為40 kV/0.018 μF。當發電機電容量較小時，并聯補償電容器可使諧振頻率小于規定上限頻率。同時還可用作模擬負載，方便系統諧振空升試驗和操作培訓。

主測分兩次進行。第一次主測時，HP－A班和LP－C班聽較慢語速的版本，HP－B班和LP－D班聽正常語速的版本。接下來的問卷調查顯示所有學生都對測試中的聽力材料不熟悉。隨后，HP－B班和LP－D班聽力課堂上所有教學材料均采用較慢語速版本。十個自然教學周后，HP－B班和LP－D班的學生進行較慢語速版本(第一次主測中HP－A班和LP－C班所使用的版本)的第二次主測。這樣，對同一份聽力測試試卷就可以收集到橫向和縱向兩個方向的對比數據信息。利用SPSS17．0對原始數據進行獨立樣本和成對樣本的T檢驗分析，以檢測輸入語速和聽力理解的相互關系。

3 現場試驗

通過現場多臺大型發電機的交流耐壓試驗，發現理論計算相關參數如諧振頻率、試驗電流與實測值基本一致，完全能滿足試驗要求。而Q值也表明該裝置能大大降低對試驗電源容量的需求，完全適應現場實際條件。

3.1 300 MW發電機交流耐壓試驗

2010年3月，對某發電廠10號發電機采用調頻式串聯諧振試驗裝置進行交流耐壓試驗。

10號發電機為東方汽輪發電機有限公司制造的QFSN-300-2型汽輪發電機，額定功率300 MW，定子額定電壓20 kV，采用水氫氫冷卻方式，實測相對地電容為0.3008 μF。

根據發電機的有關參數及試驗要求,諧振裝置的系統配置為：40 kV/1 A、電感量130.8 H的電抗器4只；8 kVA勵磁變壓器2臺；40 kV/0.018 μF的補償電容器1臺。

（1）理論計算：定子額定電壓 Un＝20 kV，試驗電壓U＝1.5Un＝30 kV，諧振頻率49.3Hz。

試驗電流 I＝2πfCU＝2×3.14×49.3×（0.3008+0.018）×30＝2.961 A。

（2）實測試驗電流為3.0 A，諧振頻率為50.7 Hz，Ue＝212×7.77＝1647 V，Q 值為 18.2。

3.2 600 MW發電機交流耐壓試驗

2010年4月，對某電廠2號發電機采用調頻式串聯諧振試驗裝置進行交流耐壓試驗。

根據發電機的有關參數，諧振裝置的系統配置為：40 kV/1 A、電感量130.8 H的電抗器3只；8 kVA勵磁變壓器2臺；40 kV/0.018 μF的補償電容器1臺。

（1）理論計算：定子額定電壓Un＝20 kV，試驗電壓 U＝1.5Un＝30 kV，諧振頻率50.56 Hz。 試驗電流 I＝2πfCU＝2×3.14×50.56×（0.2093+0.018）×30＝2.17 A。

（2）實測試驗電流為2.28 A，諧振頻率為50.6 Hz， Ue＝310×7.77＝2408 V， Ucx＝30 kV， Q 值為12.5。

4 現場試驗應注意的問題

使用調頻式串聯諧振試驗裝置進行發電機交流耐壓試驗時，現場操作應注意以下問題：

（1）對氫冷發電機的試驗應在充氫后含氫量為96%以上或排氫后含氫量在3%以下時進行，嚴禁在氣體置換過程中進行試驗。

（2）試驗操作人員應不少于2人，試驗時應嚴格遵守高壓試驗的安全作業規程。

（3）保證足夠電源容量（尤其滿負載時），單相電源供電設備電源線截面積應不小于4.0 mm2，三相電源供電設備電源線（相線）截面積應不小于2.5 mm2（3×2.5＋1×1.5 mm2）。

（4）電抗器不可超負荷運行，試驗電壓及試驗電流不能超過電抗器的額定電壓、額定電流和允許的連續運行時間，以免電抗器因過熱而損壞。

（5）當試驗電壓高于電抗器額定工作電壓時，應采用多個電抗器串聯使用，處于高電位的電抗器應加絕緣底座。試驗電流大于電抗器額定工作電流時，應采用多個電抗器并聯使用。不同規格的電抗器不得串聯或并聯使用。

（6）使用電抗器時應移除其周圍的金屬物體，并絕對避免直接將電抗器放置在鋼板、銅板等較大面積金屬導體上，可在電抗器底部放置面積較大的絕緣板，或直接放置在水泥地上。因為因渦流引起的發熱將導致系統有功輸入增加，甚至使試驗電壓達不到預期試驗值。布置時電抗器應盡量分開，以消除互感的影響。

（7）分壓器本體與其高度相等的范圍內應無其它物體，高壓引線與分壓器本體的夾角不小于90°，且應拉直繃緊，并與四周物體保持足夠的絕緣距離。

（8）試驗時在勵磁變壓器的接地端串接1塊電流表，以監視電流是否超過勵磁變壓器及電抗器的允許電流。

（9）調頻式串聯諧振試驗裝置不宜采用自動加壓方式，建議采用手動調壓，以便控制。升壓速度應依據高壓試驗相關作業規程，或控制在2～3 kV/s。

（10）多配置幾個不同電感量的電抗器、不同電容量的補償電容器，以便將諧振頻率盡量匹配到50 Hz，發電機的諧振頻率應盡量控制在48～52 Hz。

[1] 程劍烽.調頻調感串聯諧振在發電機試驗中的應用[J].華電技術，2010，32（12）∶1-3.

[2] DL/T 596-1996電力設備預防性試驗規程[S].北京：中國電力出版社，1997.

[3] GB 50150-2006電氣裝置安裝工程 電氣設備交接試驗標準[S].北京：中國計劃出版社，2006.