發電廠500 kV串內并聯電抗器保護CT配置研究

朱忠亭

(華東電力設計院，上海 200063)

1 概述

為抵消線路電容效應，防止工頻穩態電壓升高，限制各種短時過電壓，超高壓系統的輸電線路一般均需裝設并聯電抗器。并聯電抗器的裝設位置與很多因素有關，首先應考慮限制工頻穩態過電壓的需要，并結合限制潛供電流、防止自勵磁、同期并列以及無功補償等方面的要求，進行技術經濟綜合論證后確定。對于常見的雙電源系統，僅在一端裝設并聯電抗器，對另一端工頻穩態過電壓的降低影響很小，此時并聯電抗器可裝設在線路中段或分別裝設在線路的兩端。

隨著廠網分開的逐步深入，在電網公司主導的發電廠接入系統審查中，對于需要裝設并聯電抗器的超高壓輸電線路，一般均要求發電廠側裝設并聯電抗器?？尚械难a償方案包括：(1)并聯電抗器“一對一”補償出線；(2)一臺并聯電抗器集中補償全部出線。而對于大容量發電廠(尤其是核電廠)出線回路較多，方案(2)在技術經濟綜合論證中具有優勢。對于采用3/2接線接入系統的情況，方案(2)中并聯電抗器可裝設在母線上或串內。從目前的應用現狀看，裝設在母線上比裝設在串內的多。但由于后者具有更高的技術可靠性和靈活性，仍可在特定工程的技術經濟綜合論證中勝出。

本文以某發電廠(6×1000MW)工程為例，對其采用500 kV串內并聯電抗器后的相關保護CT配置進行深入研究。

2 主接線方案

某發電廠規劃6臺1000MW發電機，4回500 kV出線，采用3/2接線，設母線分段斷路器，集中設置1臺并聯電抗器接入串內。500 kV主接線見圖1。500 kV升壓站采用絕緣開關裝置(Gas Insulated Switchgear,GIS)型式，共包括5個完整串，1個不完整串，2個分段斷路器，全站一次性建設完成。

圖1 500 kV主接線圖

3 典型的保護CT配置

3.1 典型的保護CT配置方案

對于500 kV并聯電抗器，典型的保護配置方案可參照主變壓器回路，即以雙重化的差動保護為主保護，并輔以其他后備保護。保護CT配置需滿足主保護和后備保護的要求，根據3/2接線的要求，典型的保護范圍需包括斷路器、分支和電抗器本體。因此，需在相關的兩個斷路器外側和電抗器中性點側配置保護CT。

典型的保護CT配置見圖2。

3.2 主要設備參數

(1)電抗器額定參數為：

額定容量(Se) 3×60 MVar

額定電壓(Ue) 550/3 kV

額定電流(Ie) 189 A

圖2 典型的保護CT配置圖

(2)斷路器額定電流為：4000A

斷路器外側CT額定一次電流根據斷路器額定電流選定，額定二次電流根據保護要求選定。再考慮全站CT的統一性，斷路器外側CT額定變比確定為5000/1A。差動保護兩側CT變比一般要求不超過4倍，故電抗器中性點側CT額定變比確定為1250/1A。典型的保護CT參數見表1。

表1 典型的保護CT參數

電抗器中性點側CT額定變比按照與斷路器外側CT配合選定，與電抗器額定電流相差較大，因此容量受到限制。

3.3 特殊性分析

斷路器外側CT額定變比按照斷路器額定電流選定，與電抗器額定電流相差巨大，是否能滿足保護采樣和整定的要求需要深入研究。

對應電抗器額定電流時，斷路器外側CT二次側電流為：

這就要求保護裝置的采樣精度需滿足準確測量CT二次側電流的要求。

根據DL/T866—2004中相關要求，TPY級CT(5000/1A)允許有1%的幅值誤差，相應一次側幅值誤差為50 A。實際應用中，總電流幅值誤差既包括CT的幅值誤差、二次回路噪聲和保護裝置測量誤差。即一次側總電流幅值誤差應大于50 A。而一般電抗器保護中差動保護啟動定值設定為0.3Ie，即：

啟動定值與CT一次側幅值誤差值(50 A)非常接近，再考慮到二次回路噪聲和保護裝置測量誤差，保護的可靠性將難以保證。而如果強行提高啟動定值，則又會導致保護靈敏性下降。

綜上所述，典型的保護CT配置方案已無法滿足保護裝置可靠性和靈敏性的要求，其根本原因在于并聯電抗器額定電流較小而串內可能的穿越電流較大。

4 改進的保護CT配置

4.1 改進的保護CT配置方案

為解決典型的保護CT配置方案中存在的問題，可考慮分段設置保護的方案。即獨立設置電抗器引線保護和電抗器本體保護，電抗器引線保護用于保護斷路器、分支，電抗器本體保護用于保護電抗器本體。

在典型的保護CT配置方案基礎上，增設CT41和CT42，裝設于分支上，同時供電抗器引線保護和電抗器本體保護使用。改進的保護CT配置見圖3。

圖3 改進的保護CT配置圖

CT41、CT42的變比與電抗器中性點側CT31、CT32一致，均為1250/1A，其它CT參數不變。改進的保護CT參數見表2。

表2 改進的保護CT參數

由于電抗器引線保護和電抗器本體保護均使用CT41、CT42，因此要求CT41、CT42具有較大的容量。

4.2 可行性分析

電抗器引線保護中差動保護啟動定值無需考慮電抗器額定電流，只需反映母線故障的短路水平，所以啟動定值可以整定的比較高，一般可取0.5In，即：

啟動定值遠遠大于CT一次側幅值誤差值(50 A)，即使再考慮二次回路噪聲和保護裝置測量誤差，保護的可靠性仍能得到保證。

根據DL/T866—2004中相關要求，電抗器本體保護TPY級CT(1250/1A)允許有1%的幅值誤差，相應一次側幅值誤差為12.5 A。

電抗器本體保護中差動保護啟動定值仍設定為0.3Ie，即：

啟動定值遠大于CT一次側幅值誤差值(12.5 A)，即使再考慮二次回路噪聲和保護裝置測量誤差，保護的可靠性仍能得到保證。

在布置500 kV升壓站設備時，需要考慮增加CT的布置位置；電抗器引線保護和本體保護布置在一面保護屏中，無需再增加保護屏。

改進的保護CT配置方案已成功應用于某發電廠中，現場調試未發現任何問題，目前運行狀況良好。

5 結語

對于采用3/2接線接入系統的情況，500 kV并聯電抗器接入串內時，由于并聯電抗器額定電流較小，而串內可能的穿越電流較大，造成典型的保護CT配置方案無法滿足保護裝置可靠性和靈敏性要求。通過在分支上增加兩組CT，設置電抗器引線保護和電抗器本體保護，分別用于保護斷路器、分支部分和電抗器本體部分，即可滿足保護裝置的要求。

[1]西北電力設計院．電氣工程電氣設計手冊電氣一次部分[K]．北京：中國電力出版社，1989．

[2]DL/T866—2004，電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則[S]．