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。要害词：发电机电容电流测量数据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绝缘的单边厚度d=(b2-b1)/2一根线棒的电容C0=　　　由日立公司提供单根线棒的断面尺寸如图1。定子铁心长度包括通风沟L=165cm。多股裸线棒一根截面尺寸ｈ1×b1=5.45×1.658cm　　　　　　　　　　　　　　　　　　包绝缘0.318cm后的尺寸ｈ2×b2­=6.086×2.294cm环氧粉云母相对介质系数εr=4～6、　取εr=5图１定子导线的尺寸空气中的电气介质常数为εO=1/18π105、一根线棒电容C0==0.00355μF单相电容为C1=NC0=228×0.00355=0.809μF三相电容为C=3C1=3×0.809=2.427μF1．2由交流耐压电流计算电容发电机定子交流耐压的常规方式是：三相分别耐压，而非加压相短接后与定子铁芯一同接地，这时耐压的电容实际为定子的三相电容。发电机定子的交流耐压电流主要是按电容分布，线棒导体为电容的一极，另外一极为定子铁心，也是接地极。耐压电流中还有极少的线棒绝缘电阻电流但它和电容电流相比也是很小的。如：摇得一相线棒228根绝缘为10MΩ，假如电容为0.809μF，则容抗XC=1/2πfC=106/314×0.809=0.0079MΩ绝缘RS=10MΩ比值XC/R­S=0.0079/10=0.079因此在下面的计算中我们忽略电阻部分有功电流，近似地认为交流耐压即是定子的三相电容。于是交流耐压的电流IC=U/XC=2πfCU三相电容C=IC/2πfU单相电容Cn=C/3原#1机的定子耐压的厂家出厂试验、安装单位交接试验具体数值及计算电容如表1表1资料来源厂家日立公司安装交接平均电　　压　（KV）2418．7电　　流　（Ａ）5．524．5单相电容　(μF)0．7320．7660．749三相电容　(μF)2．1962．2982．247一根线棒电容(μF)0．003210．003360．003291．3单相接地测量电容1.3.1单相接地电容电流的测量原理　　假设三相电压以A相电压为基准，且电压最大值为1，那么正常情况发电机三相的电压可表示如下：　=∠00=∠2400=∠1200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，且分别超前电压900，和电压一样是对称，见图1。假如容抗为1，那么可表示为：=∠900=∠-300=∠2100　（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=∠00-∠1200=∠-300=∠2400-∠1200=∠-900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倍，仍超前电压900，分别为=/1==∠600=/1=∠00而C三相电流为A、B相电流之和，且方向相反，见图2(b)。=-（ ）=3∠2100C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在#1发电机的出口母线上C相接地，现地分布开机，手动励磁，升到半电压0.5Un=×2887=5000V。用晶体管钳式电流表夹到接地线上测量，使用的表计最小档位为200A档，读出的电流数为2.2Ａ，根据接地电流IC=U/XC=2πfCU三相电容　C=IC/2πfU=2.2/(314×2887)=2.427μF单相电容　Cn=C/3=2.427/3=0.809μF一根线棒电容　C0=C/2Z=0.00355μF1．3．3全电压下单相接地试验发电机在额定电压下发生单相接地，因发电机对地电容不变，所以其接地电流应是半电压下的2倍。实际测的电流为4.5A，与半电压下的试验数据比较相符。2电容及单相接地电流的计算和半电压单相接地方法所得单相电容值0.809μF相符合。而日立公司的出厂试验数据所得电容值单相电容值0.732μF和安装单位的交流耐压试验数据所得电容值单相电容值0.766μF偏小，考虑到测量仪器的不同及误差，可做参考。但所有这些数据都远大于《凌津滩电厂水轮发电机组及其附属设备》合同附件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。表2列出了#1～#4安装单位交流耐压试验后电容电流（取自接地线）以及计算出的单相电容，其中#1机为转子阻尼条烧损事故后，磁极重装后的数据。表2相别ABC平均#1机I（A）4.44.334.334.35C（F）0.7490.7370.7370.741#2机I（A）4．24．44．34．3C（F）0．7150．7490．7320．732#3机I（A）4．254．34．34．28C（F）0．7240．7320．7320．729#4机I（A）4．54．44．44．43C（F）0．7660．7490．7490．755从上表可见：机组的实际单相电容均大于0.7F，制造厂日立公司提供的单相电容设计值0.3μF，以及后来电传的每相保证值0.67μF，都是不可信的。3结束语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，对于发电机中性点四周单相接地，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。