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工频串;并联谐振耐压试验装置

 

一.             概述:
电气设备的绝缘试验,是按照国家标准和行业规程进行的强制性试验,是保证电力系统及电气设备的安全经济运行的必要手段。其中交接试验和预防性试验,可确定新安装设备能否投入运行,或提前发现已运行的电气设备的隐患,预防设备损坏。在这两类试验中,有直流耐压、交流工频耐压试验项目。该项试验是考核电气设备绝缘强度的关键项目。
随着电力系统的发展,30万千瓦及以上大型发电机组,已经成为我国的主力发电机组,60万千瓦的和更大容量的发电机组在我国也已有相当的数量。由于单机容量的增大,势必使发电机组绕组对地电容量也增大,如表1所示。
表1:不同发电机的单相对地电容量
 
     
       
发电机容量(MW)
200
300
600
85
125-150
300
400
单相对地电容(μF)
0。2-0。25
0.18-0.26
0.31-0.34
0.69
1.8-1.9
1.7-2.5
2.0-2.5
 
大容量水轮发电机的单相对地电容量已达1.7-2.5μF。工频耐压试验时,电容电流达到25-30安(如三峡发电机的电容电流达36安)。如采用常规高压试验设备,试验电源及试验变压器、调压器等的容量高达数千个千伏安,不仅设备笨重,而且也无如此大容量的调压设备,现场试验电源也很难解决,工作极不方便。
为了满足大容量电气设备试验需要,采用谐振原理,用可调电抗器或可调励磁电抗与被试设备对地电容匹配,形成谐振。并联谐振时,容性支路和感抗支路的电流近于相等相位相反,而比电源总电流大Q倍。串联谐振时,试品电压VC和可调电抗器电压V大小相等相位相反,为激励电压的Q倍。因而试验电源承担的容量,就只是有功分量。这样,调压设备容量,电源容量将大大减小,仅为被试品容量的1/Q倍。
 
二.             GXZ工频谐振试验装置
在工程实践中,现场工况经常发生变化,试验对象要求使用的谐振试验方法也各有特点。有的侧重于操作安全,有的侧重于试品击穿后的保护,有的侧重于升压电压的稳定并要求可做直流试验等等。用一种谐振试验方法很难同时满足用户的这些要求,我公司总结了多年的经验,专门设计了一套GXZ工频谐振试验装置,能够完成工频串联谐振、并联谐振、谐振变压器、普通试验变压器、直流耐压试验及发电机通水工况下,采用正接法进行发电机定子端部外移电位测试等多项功能。
GXZ工频谐振试验成套装置包括:
XZB谐振变压器、激励变压器、调压器、控制台。
1、 XZB谐振变压器
典型参数:
额定输出容量
150KVA
250KVA
250KVA
500KVA
交流额定输出电流
3A
5A
7.14A
10A
交流额定输出电压
50KV
50KV
35KV、55KV
(开关转换)
50KV
直流额定输出电流
0.25A
0.83A
0.83A
0.83A
直流额定输出电压
60KV
60KV
60KV
60KV
额定输入容量
15KVA
25KVA
25KVA
50KVA
额定输入电流
37.5A
62.5A
113.6A
125A
额定输入电压
400V
400V
220V
400V
本套设备品质因数
不小于40
不小于40
不小于40
不小于40
噪声
小于60dB
小于60dB
小于60dB
小于60dB
波形畸变
小于0。5%
小于0。5%
小于0.5%
小于0.5%
铁芯为芯、壳式复合结构,主磁路气隙可调。线圈筒式结构,全绝缘,双高压套管输出。在低压线圈空置时可作高压可调电抗器使用,电感量调节范围宽,调节平稳,品质因数好,噪声低。
2、 激励变压器
环形铁芯,损耗低,波形好,空载电流小,过载能力强。
典型参数:
  
GL-15/4.5
GL-25/4
GL-50KVA/5KV
额定容量
15KVA
25KVA
50KVA
额定输出电压
1.5KV、3KV、4。5KV
(分接开关转换)
 2KV、3KV、4KV
(分接开关转换)
 2.5KV、3。5KV、5KV
(分接开关转换)
额定输出电流
3.3A
6.25A
10A
额定输入电压
380V(或220V)
380V(或220V)
400V
额定输入电流
39.5A(或68.2A)
65.8A(或113.6A)
125A
3、 TDGC调压器
典型参数:
  
TDGC-15/0.38
TDGC-25/0.22
TDGC-50/0.38
额定容量
15KVA
25KVA
50KVA
额定输入电压
380V(或220V)
380V(或220V)
380V
输出电压
0-430V(或0-250V)
0-430V(或0-250V)
0-430V
电动、手动可转换。接触式调压器漏抗小,波形好。
4、 控制台
型号:GXZCT-500/0.4
控制功能:
a)      分闸、合闸。
b)      铁芯气隙升降电动调节。
c)      电动控制,自动跟踪调谐。
d)      电动调节升、降压。
e)      定时自动降压控制。
保护功能:
a)      零位合闸保护。
b)      数码整定过流保护。
c)      可调整定电子过压限幅装置。
指示:
a)      分合闸指示。
b)      调压器升降极限指示。
c)      铁芯气隙升降极限指示。
d)      保护动作报警。
e)      相序指示。
f)      低压侧电压、电流指示。
g)      调谐功率因数指示。
h)      铁芯闭合度数码显示及机械指示铁芯调节气隙高度。
 
三.             利用GXZ工频谐振装置,采用正接法对汽轮发电机定子绕组通水工况下端部表面电位的测量。
国产100-600MW水氢氢冷却汽轮发电机,近年来多次发生定子绕组短路事故,其主要原因是定子线棒并头套手包绝缘整体性固化差,鼻端绝缘盒填充不满,绝缘盒与线棒主绝缘末端引水管搭接外绝缘不当,空芯铜线渗漏等绝缘缺陷造成的,加上密封瓦漏油,油中带水,氢气湿度大等多方原因,多次造成大型发电机烧毁的恶性事故,通过测量定子绕组端部电位分布能及时发现以上重大缺陷,因而电力部规定基建投产时及大修时,必须进行端部绕组表面电位测量。据不完全统计,95年实测发电机84台,经测试发现有缺陷机组81台,占被测机组总数96.4%,发现缺陷总共970处。
使用GXZ谐振试验装置进行端部绕组表面电位测量的方法:
1、      接线原理图(见附图五)
2、      绕组表面电位测量采用正接法,是在绕组出线端铜排处加对应发电机额定值的直流试验电压,定子绕组的汽、励侧端部各并头套包裹锡箔的接头处经100MΩ电阻串接微安表接地,该方法主要优点为测量速度快,对人身与设备均很安全,当定子在通水状态下做试验时,同时可以校验空芯铜线有无渗漏现象,既可检查绝缘状况,又能发现空芯铜线的质量问题。
用正接法测量表面电位,电力部推荐的方法,既安全又能通水试验及时发现渗漏点,但试验设备容量较大,通水时试验电流最高可能达到几百毫安,我厂生产的谐振试验变压器非常适合于做这种试验,在将谐振变铁芯气隙降为零时,用外附0.5-1A/150KV桥式整流硅堆,输出电压0-65KV,电流0-1A,完全能满足要求。
 
四.             工频谐振试验的特点
1.      试验时所需电源的容量可大大减少,仅为传统电源容量的1/Q,一般Q值大于20。
2.      试验电压波形良好,波形畸变率小于0.5%。因为谐振回路以50HZ基波调谐具有较高的品质因素Q,其他谐波分量明显地被抑制。
3.      作串联谐振使用时被试品击穿无暂态过电压出现,短路电流小。
串联谐振电路中,试品闪络时,电路谐振被破坏,电压明显下降,试品上的电压会自动降低为U/Q。接着恢复电压缓慢上升,因此不会发生暂态过电压。同时串联的可调电抗器可起限制电流的作用,使得回路中的短路电流大大降低,ISC=U/(QXL)。
4.      作谐振试验变压器使用时,等值电路主要是并联谐振。谐振状态时气隙较大,其相应漏抗比较大。试品一旦被击穿,立即失谐,则随着短路电流的增大,谐振变压器及调压器上漏抗压降增大,对被试品上的短路电流有明显限制作用,不致造成被试品上出现过大的短路电流。
       大型发电机最忌讳定子绝缘击穿时烧毁铁心。耐压过程中,当发电机定子槽内绝缘弱点被击穿时,上述两种方式将立即失谐。串谐短路电流瞬时下降为试验电流的1/Q倍,因此,串谐方式无须任何限流措施,击穿时亦不会损伤铁心。使用谐振变压器方式时,短路电流仅为2-3倍谐振试验变的额定电流,加上保护得当,也是非常安全的。
5.      作谐振试验变压器方式使用时,试验电压的升降是按变比折算的,电压升降平稳。同时在气隙为零时可以做大容量直流电源供试品作直流耐压使用。还可以用正接法作发电机定子绕组通水工况下作定子端部外移电位测试,既快捷又安全。能灵敏准确地发现发电机定子绕组端部存在的隐患。堵绝发电机恶性事故发生,提高电厂的经济效益。
 
五.产品成套性
GXZ谐振试验装置成套设备应包括:
1.          XZB谐振试验变压器
2.          CXZ谐振试验装置控制台
3.          TDCD电动式接触调压器
4.          激磁变:利用谐振变压器的高压绕组作为可调电感,即组合成串联谐振装置。
5.          外附单相桥式全波整流硅堆
6.          阻容分压器
7.          过压保护放电球隙
8.          数字式微安表,组别变比测量仪
1-4项为谐振试验装置必配设备,5-8项为选配设备。有了这套设备,客户在使用试验时非常方便,既可使用并联谐振方式,也可选用串联谐振方式。再将谐振变气隙调至零位,外附全桥硅堆即可作直流耐压试验。还可采用正接法,作发电机定子通水工况下进行定子端部表面电位测试,及时准确发现隐患,极为方便。一套设备具有多种功能。