交流耐壓試驗并聯電抗器補償法試探析

馬召朋，崔影，徐從彬

（中國能源建設集團安徽電力建設第二工程有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

交流耐壓試驗是考驗被試品絕緣承受各種過電壓最嚴格、最有效的方法，交流耐壓的試驗波形與運行電壓一致。在電廠、變電站等電力系統，很多電氣設備的電容量較大，規范中要求的交流耐壓值又較高，直接使用升壓變，容量不夠。如采用較大容量的升壓試驗變，試驗變的體積、重量都要增加很多，另外還要配置相應容量體積較大的感應調壓器，現場往往難以辦到，試驗波形也會發生畸變。尤其像發電機這樣電容量較大，對試驗電壓的波形及頻率要求較高的重要電氣設備，例如大部分600MW發電機的出口電壓為20kV，電容量大概在0.3～0.4uF，根據規范發電機交流耐壓值為32kV，則要求試驗容量為128kVA左右。

在現場發電機交流耐壓試驗中經常采用成套的串諧裝置，由于變頻電源的電壓波形不是太理想，電抗器匹配不容易滿足頻率要求，可調電抗器體積又太大，因此使用成套的串諧裝置也有諸多不便。

在現場中常用的試驗變，高壓側電壓多為50kV，容量為25kVA。電壓等級夠了，但容量不夠。因而想在此探討一下使用現場中常用的試驗變壓器，再根據發電機的電容量采用電抗器并聯補償的方法，對發電機進行交流耐壓試驗。

1 試驗原理簡介

采用電抗器并聯補償就是利用電抗器的電感電流補償被試設備的電容電流，其等值電路及向量圖如下：

電路的復導納為：

當上式的虛部為零時，即ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC=0，電路發生諧振。從向量圖中可以看出，當電路發生諧振時支路電流IL、IC要比總電流I大得多。

在實際應用時，不需要電路工作在諧振點，只要并聯補償的電感電流能將電容電流補償到所用升壓變允許的范圍即可。但可以利用電路諧振時，求得所需補償的電抗的大小。方法有很多，以下列出兩種近似的計算方法。

方法一：令ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC=0來近似求得電感值。式中C值為被試設備的電容值，是已知的量；R值可以用ωL/tanδ（δ為補償電抗器的阻抗角，可以通過測量準備選用的電抗器的直阻和感抗計算出來）來代替，這樣通過上式就可以近似計算出所需電抗器的大小。

方法二：若所選電抗器的ωL＞＞R時，可以利用公式ω2≈1/LC來近似求得所需電抗的大小。

在求得近似電抗值后，可帶入下面的式子進行檢驗。

I=U×Y=U×R/｛R2+(ωL)2｝-j【ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC】

若檢驗計算得電流I還是不小于升壓變的高壓側額定電流Ie（一般都能滿足），可以用下式來計算：

U×R/｛R2+(ωL)2｝-j【ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC】＜Ie

計算量可能要大一些，但可以得到一個滿足要求的電抗值。

通過電感電流IL補償得到的總電流I與升壓變的高壓側電流相比較，盡可能的留一點余度，因為有些“現場”因素可能未能計算進去，如升壓變本身的漏抗、設備本身的電導等。

2 實際應用

在華能巢湖2×600MW發電廠#2機組發電機交接試驗中，由于發電機發電機對地電容較大，直接加壓，現有試驗變的容量不夠，經討論決定利用現有的試驗變及電抗器進行發電機交流耐壓，最終采用了并聯電抗器補償的試驗方法。

發電機銘牌：

型式 QFSN-600-2YHG定子電壓 20 kV 定子電流 19245 A額定功率 600 MW 轉子電壓421.8 V轉子電流 4128 A編號 3-60599 接線方式 YY 轉速 3000（rad/s）出廠日期 2008.2 生產廠家 哈爾濱電機廠有限責任公司發電機定子電容電流 0.314uF（該數值由發電機出廠試驗報告提供）

補償電抗值及電流計算：

因試驗班現有電抗器單只電抗值為：100H，電阻值為16Ω。考慮到ωL＞＞R，利用公式ω2≈1/LC來近似求得所需電抗的大小，將ω=314，C=0.314uF帶入，得：L≈32.3H。

用三只100H的電抗器并聯，組成的電抗值為33.3H，電阻值為5.33Ω。將電抗值、電阻值帶入公式Y=R/｛R2+(ωL)2｝-j【ωL/｛R2+(ωL)2｝-ωC】，得 ：Y=0.305×10-6+j2.959×10-6|Y|=2.975×10-6。

根據交接試驗規程，額定電壓為20KV的發電機，交流耐壓值為：32KV。將 |Y|=2.975×10-6、U=32KV 帶入公式 I=U×|Y|，得：I=0.095A。

根據以上計算結果，主要試驗設備選擇如下：

電抗器：100H 1.5A 三只并聯

升壓變：15KVA 50000/200V

調壓器：15KVA 75A

試驗接線圖：

T—試驗變壓器；PV2—靜電電壓表；G—保護間隙；CX—發電機繞組對地電容；L—補償電抗器；R—保護電阻；mA—毫安表

現場試驗時，電壓升至32KV，毫安表表讀數為156mA；安培表讀數為3.17A。電抗器并聯補償取得成功。

3 結語

在交流耐壓試驗中，采用改變電抗值來并聯補償的方法，現場接線比較簡單，試驗設備又不是太重，比變頻諧振的波形、頻率要好。但是電抗器選擇比較麻煩，在不同的情況下，選擇不同的補償方式，計算時盡可能多考慮一些現場因素。