发电机电容电流的测量及数据分析

发电机电容电流的测量及数据分析

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。

关键词：发电机电容电流测量数据分析

前言

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。

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。

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。

1 发电机电容的计算

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。

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方法可计算得出，以#1机为例，分述如下。

1．1 机械尺寸进行电容的计算

一般的平板极电容计算，电容与电介系数εO及εr、极板面积 S成正比，与极间距

离d成反比。

常用式子 C0=εOεrS／d 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。

线棒导体的面积 S1=（2b1+2h1）L 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

=∠0

=∠240

=∠120

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0

压90，和电压一样是对称，见图1。如果容抗为1，那么可表示为：

=∠90

=∠-30

=∠210

（ａ）线路图（ｂ）电压电流向量图

图1 正常状态三相电容电流

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

=0

=∠0-∠120=

∠-30

=∠240-∠120=

0 0

∠-90

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=

/1==

∠60

倍，仍超前电压90，分别为

=/1=∠0

而C三相电流为A、B相电流之和，且方向相反，见图2(b)。

=-（

+

）=3∠210

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。

（ａ）线路图（ｂ）电压电流向量图

图2 单相接地的电容电流

1．3．2半电压下的接地试验

通过一系列的试验显示：日立公司生产的这组发电机的单相电容超标，导致发电机在单相接地电流都大于4A，凌津滩电厂9台机组，除#5机，其余8台都是2机1变的扩大单元接线，实际两机并列运行时发生定子绕组单相接地时电流可达8～9A，这还未把发电机母线和主变的电容考虑进来。

凌津滩发电机在并网后定子线圈的温度一般都在80℃～90℃，这和发电机定子电容电流过大也有关，长期运行，定会加快线棒绝缘的老化。

另外，凌津滩电厂的定子绕组单相接地保护是95%定子接地保护，对于发电机中性点附近单相接地，存在死区。

鉴于以上原因，我们要求日立公司按合同要求，无条件加装发电机消弧线圈，用以抵消电容电流，考虑到与发电机直接相连的母线及变压器显容性，为避免并网后造成串联谐振，消弧线圈采用欠补偿。