用串联谐振法对200MW发电机进行
工频交流耐压试验
一、前言
工频交流耐压试验是判断大型发电机主绝缘水平的一个重要项目，由于交流耐压试验电压与发电机正常运行时电压的波形、频率一致，作用于绝缘内部的电压分布与击穿性能能够适用于发电机的工作状态。因此，对发电机的绝缘缺陷和判断发电机是否投入运行具有重要意义。
然而由于大型发电机交流耐压试验时，要求试验电压高、容量大，若使用常规的试验变压器加高压法需要较大容量试验设备和电源，往往现场难满足这些条件，因而进行设备如此繁重的试验常常需要耗费大量的人力、物力、时间。
而串联谐振法具有常规试验无法比拟的优点，可以顺利的解决以上问题。
二、串联谐振基本工作原理
图（1）所示为串联谐振装置的工作原理图，图中B1为调压器，B2为试验变压器，L为调谐电感，C为负荷电容，它包括被试品电容、高压试验回路电容及电容分压器电容。图（2）所示为其等值电路，图中R为整高压试验电路中损耗的等值电阻，L包括可调电抗器的电感及试验变压器高压绕组漏抗，U为B2空载时的输出电压。这是电源输出的无功功率为感性无功功率与容性无功功率的差值。
串联谐振装置原理图及等值电路图
调节回路的调谐电感使之与负荷电容处于工频谐振状态，即XL=XC，此时电源输出的无功功率为零。
电源只供给有功功率P=U2/R
此时负荷电容上承受的电压为
UC=
× X C =
谐振电路的品质因数Q=
=
=
则UC=QU
即被试品上获得的电压为试验变压器输出电压的Q倍，换言之利用额定电压较低的试验变压器可以得到较高的输出电压。
加在负荷电容上的无功功率为：
PS=UCI=QUI=QP
可见，被试品上得到的容量为试验电源容量的Q倍，换言之，用小容量的试验变压器可以对大容量的试品进行交流耐压试验。
通常
》1，则UC 》U，PS 》P。
这就达到了用低电压，小容量电源完成大容量发电机工频交流耐压试验的目的。
不仅如此，串联谐振法还具有以下两个明显优点：
1、被试品击穿时，谐振终止，击穿点的故障电流由于高值L的限制作用大为减小，因而可以避免试验设备的烧损，击穿范围扩大；
2、电源波形中的谐波成分在试品两端大为减小，故试品两端波形较好。
三、举例说明
串联谐振法的理论在许多文献中已有所阐述，在此我想用实例来说明该方法的具体应用。
1、有关试验参数的计算
一台200MW汽轮发电机，定子为水内冷方式，主要技术参数如下：
型号：QFQS 额定容量：235MVA 额定电压：15.75KV
额定频率：50HZ 额定转数：3000转/分 功率因数：0.85
根据试验报告，发电机交流耐压试验电压23.625KV，流过定子线圈的电容电流为1.35A，由此可得发电机定子线圈单相对地电容
C=
=
=0.182μF
定子线圈对地电容所需功率
PS=UI=23.625 × 1.35=31.894KVA
我们所选择的谐振装置参数如下：
a.调压器
输入电压：380V
输出电压：450V
额定电流：30A
b.中间变压器
容量：12KVA
电压：4KV
电流：3A/30A
c.可调电抗器
型号：SR—120/40
额定电压：40KV
额定电流：3A
2、试验条件
发电机工频交流耐压应在发电机大修停机清除污秽前热状态下，其他试验项目如绝缘电阻、吸收比或极化指数、直流耐压和泄漏电流完成并符合有关标准要求后进行。定子线圈应通水，水质应满足要求。
3、试验前的准备工作
3.1试验电源
试验电源应有足够的裕度，电源电流不小于30A，电源上应无其他外接负荷，试验电压波形稳定。
3.2测量
表
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计
试验电压测量采用FRC—100型数字分压器，用0~150V交流电压表，数字分压器接于被试品高压端。
定子电流测量用0.5级0~5A的交流电流表，串接于试验变压器的低压侧与地之间。
3.3安全措施
为保证试验中人身、设备安全，试验前必须做好以下工作：
a.发电机大轴，转子线圈短路接地；
b.发电机出口封闭母线三相短路接地；
c.发电机中性点PT短路接地；
d.发电机中性点及出口CT二次绕组可靠短路接地；
e.汇水管接地；
f.试验区域周围设置围栏，并挂“止步，高压危险”牌；
4、试验方法及步骤
4.1绝缘电阻测试
在发电机定子线圈水质满足要求之后，用水内冷电机绝缘电阻及吸收比进行测量，结果须满足要求。
4.2试验设备检查
试验前对试验设备进行检查，以确保其良好的工作状态。
4.3试验程序
a.试验接线见图（3），接线完毕，应进行细致全面检查，特别是仔细检查各项安全措施。发电机平台设专人监护，同时检查操作台外壳、调压器外壳、电抗器外壳接地。发电机非被试相可靠短路接地，被试相首尾短接在一起；
b.用1000兆欧表测量被试相对其余两相及地的绝缘电阻、吸收比及极化指数，合格后，连接电抗器高压端与被试相连线；
c.合上总电源开关，操作电压开关调整调压器位置，升压至20V；
d.根据计算谐振点调整电抗器间隙反复调整，使输出电流最大，电压表指示在最大位置，此电路呈谐振状态；
e.利用调压器升至试验电压，点动微调电抗器间隙至电流最大，电压最高，耐压1分钟，读取电流表数值；
f.耐压完毕，跳压器降至零，电抗器间隙调至最小位置断开电源，挂上地线；
g..测试被试相耐压后绝缘电阻，吸收比，测试完毕后进行其他两相试验；
h.试验完毕，拆除试验接线并恢复所有安全措施。
5、注意事项
5.1注意保持电压的稳定，白天由于施工作业多，负荷大，不宜进行试验,因此该试验宜选在晚上施工用电少、电源稳定是进行为妥。
5.2在试验的升压及耐压过程中，应密切注意各种表计的指示情况，监听发电机有无异常声响。若发现电流急剧减小或升压过程中电压不变或降低，以及监听发电机有较大放电声，变应立即降压至零，断开电源，查明愿因并处理后，方可继续试验；
5.3升压必须从零开始，升压速度在试验电压的80%以前根据电流大小考虑升压速度，至80%以后，应点动升压至试验电压。在升压及耐压过程中发现发电机无异常则可认为耐压试验通过。
5.4试验电压下达谐振，电抗器及发电机出现“嗡嗡”声，操作人员及监护人员应保持镇静，集中精力。
四、结束语
串联谐振法即可对大型发电机进行工频交流耐压试验，也可对室外的大型变压器进行试验，有效的解决了大型设备工频交流耐压困难的问题，对保证设备的安全稳定运行起到了重要的作用。
串联谐振交流耐压试验接线图
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