發電機出口測量電流互感器配置分析

羅艾青

三門核電有限公司 浙江三門 317 112

對于大型發電廠，在發電機出口、主變高壓側、出線側以及廠變高壓側均需配置一定數量的電流互感器用于電量計量及廠用電量的核算。發電機出口測量電流互感器技術參數的選擇，對于發電機出口發電量的測量準確性具有重要意義，對于新投運的機組，會影響發電機發電量與廠用電率的計算并與汽輪機性能擔保試驗相關。

1 發電機測量CT問題分析

1.1 概述

三門核電一期工程發電機額定容量為1407MVA，機端電壓為24kV，發電機出口額定電流為33847A，作為發電機和相關裝配保護系統的一部分，電流互感器安裝在出線側和中性點側套管上兩側每相上安裝4組CT，出線側套管共安裝12個CT，中性點側套管共安裝12個CT。其CT規格由常規島設計方通過對發電機的端電壓、容量和阻抗計算得到，根據《電力裝置電測量儀表裝置設計規范》GB/T 50063-2017條文7.19以及《DL/T866-2015電流互感器和電壓互感器選擇和計算導則》條文4.2.4中規定，出于對保護測量儀表的考慮，可對測量用CT做儀表保安限值的要求，出于此目的，設計方在進行測量CT選型時考慮采用FS5（即當2次電流達到5倍額定電流時，CT將達到飽和）的儀表保安系數，其中位于發電機出線側的3組測量CT（編號為CT5、CT6及CT7）分別用于汽輪機保護與控制（MTC）及勵磁系統調節，發電機中性點側的1組用于發電機功率測量的CT編號為CT4，各組CT容量及變比相同[1]。

1.2 存在的問題及影響分析

在三門核電1、2號機組首次并網階段，發現發電機測量CT測量發電機電流值與故障錄波器（保護CT）得到的電流值偏差較大，排除了相關表計及采樣裝置誤差，并對各保護電流互感器和測量互感器的二次值及裝置顯示值進行核查后發現各組測量CT電流值接近，各組保護CT電流值也均接近，在100%功率平臺下，單測量CT電流值比保護CT電流值大400-600A左右，結合主變及廠變電度、功率及電流核算，并根據發電機保護CT（5P20）的測量值推算發電機功率值較現有發電機功率表指示更加準確。

以發電機機端保護CT（編號為CT8）為基準，計算不同工況下發電機測量CT與保護CT之間的偏差率，得到保護CT的偏差率（偏差率=各CT實測值-CT8實測值）/CT8實測值）范圍為-1.26%—1.13%；各組保護CT之間的實測值差別并不大，而測量CT的二次實測值明顯大于保護CT的二次實測值，兩者之間的偏差范圍在-0.01%—+3.56%之間，且該偏差隨著電流的增加而不斷增大，在發電機滿負荷運行工況下，計算兩者之間測得的有功功率偏差最大可達31MW。

根據核島合同附件章節規定，核島廠用電消耗擔保值為45MW，根據常規島主設備合同附錄8，常規島廠用電消耗擔保值為42.2MW，計算可知單機組廠用電有功功率應小于87.2MW，日耗電量應小于209萬kWh，按照發電機測量CT計算發電量，不考慮電廠BOP母線及輔助鍋爐用電量，滿功率運行時1號機組廠用負荷日耗電量為255±5kWh，平均有功功率約為106MW，按此計算廠用電率（綜合廠用電率=（發電量-關口電量+外購電量）/發電量）達到8.5%，至少超出主合同廠用電擔保值的21.84%，如采用該測量CT進行關口電能計量，如按發電機有功功率實際值比測量值偏小約31MW、上網電價0.3元/度進行計算，單臺機組每年盈利將損失8000余萬元，不利于機組的經濟性能。

1.3 問題原因及解決方案分析

三門核電一期工程發電機及其CT由三菱負責設計并供貨，在發現該測量CT問題后，三菱考慮發電機磁場及CT鐵芯結構的影響，提供了以下4種解決問題的方案：

方案一：對每組CT增加鋁制護罩，以減少電磁干擾產生的磁通，從而降低電磁干擾提高CT精度；方案二：CT外罩硅鋼片，原理同方案一；方案三：更換為無FS5要求的測量CT，三菱認為該CT受電磁干擾的影響較小；方案四：保護級CT二次側后增加輔助CT，該方案需考慮輔助CT的安裝。

分析發現，對于前兩種方案，均需要現場有較大空間，而現場發電機CT布置緊湊，空間狹小，同時方案二采用的鋼板還需要固定及散熱措施，具體實施方案更為復雜且并不能明確改造后的效果，因此，并不建議采用；對于方案四，保護CT測量值準確，效果明確，需要考慮輔助CT的安裝，但將保護與測量CT混用并不適合作為永久變更。由于測量CT選型時考慮采用FS5（即當2次電流達到5倍額定電流時，為了滿足該要求，在結構上，同一變比下測量CT鐵芯截面將小于保護CT，這就導致測量CT更易受到周圍磁場的干擾[2]。查閱測量CT相關的電度表計資料可知電度表可耐受20倍額定電流（按額定短路電流為33847A計算，該值為677kA）0.5s，而發電機對稱短路電流為185kA，因此可以認為在發生發電機短路故障時電度表計并不會損壞，CT取消儀表保安系數的要求后如發生短路故障，對所連接儀表及其回路將不會產生干擾，因此理論上方案三是可行的。

2 對機組的建議方案

目前階段，對于已進入商運模式的機組，可考慮采用上述方案三進行變更，事實上，對于三門核電1號機組，前期已采用將測量CT4的相關負載改接至CT08的臨時方案來解決該問題，改接后發電機電度表測量值及廠用電率計算準確。

傳統上出于防止電子式儀表受到干擾的目的，對測量級CT提出了儀表保安系數的要求，對比同一變比下的保護CT，具有儀表保安系數要求的CT在結構上抗電磁干擾的能力較弱，而實際目前市場上數字式儀表均具有較強的抗干擾及暫態穿越能力。根據《DL/T866-2015電流互感器和電壓互感器選擇和計算導則》章節4.4.1規定，準確等級為0.1、0.2、0.5及1的測量用電流互感器，其二次負荷值范圍不應超過“25%-100%額定負荷”，三門機組發電機測量CT額定容量為100VA，根據現場試驗數據計算測量CT的負載率在8%至14%之間，較小的負載率相對可提高CT的抗飽和能力，但該數值不能滿足CT精度保證值的負載率要求[3]。

綜上，對于已建成機組，為了避免測量與保護CT混用的問題，可以考慮在大修階段安排時間窗口將現有的測量CT更換為無儀表保安系數要求的測量CT，以實現對發電機功率的準確測量以及廠用電率的準確計算；對于后續工程及其他大功率機組，綜合考慮制造難度及成本，在設計階段就可對儀表保安系數不做要求，同時，為了滿足測量CT精度保證值的需求，可以將測量CT額定容量由100VA減小為50VA。