東西關水電站發電機中性點接地設備參數復核

賈 欣

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司 四川 成都 610072）

東西關水電站發電機中性點接地設備參數復核

賈 欣

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司 四川 成都 610072）

東西關水電站增容改造過渡運行過程中，中性點接消弧線圈的舊機組與中性點接接地變壓器的新機組將以擴大單元方式在較長一段時間內并列運行。本文就這種運行方式下發生定子單相接地短路故障時，復核消弧線圈及接地變壓器參數。

發電機中性點接地;消弧線圈;接地變壓器

1 前言

東西關水電站位于四川省廣安市武勝縣禮安鎮，裝設4臺45MW水輪發電機組。經過數年運行，4臺機組均存在諸多安全隱患，電站業主將逐年對原水輪發電機組增容改造為52.5MW的全新機組。按照計劃，每年完成1臺機組的改造，目前2#機組增容改造已經完成。

增容改造后電站電氣主接線維持不變，發電機變壓器組采用擴大單元接線，110kV升高電壓側為單母線分段接線。原發電機組中性點采用消弧線圈接地，每臺機組中性點各接1臺23KVA消弧線圈；更換的52.5MW新機組改為接地變壓器接地，每臺機組中性點各接1臺32KVA接地變壓器。由于每年改造1臺機組，則采用接地變壓器接地的2#新機組和采用消弧線圈接地的1#舊機組將以擴大單元方式在較長一段時間內并列運行，本文就是研究這種運行方式下發生定子單相接地短路故障，復核消弧線圈及接地變壓器參數。

2 基礎數據及計算

2.1 基礎數據

（1）1#發電機，45MW，10.5kV，cosΦ=0.85，經消弧線圈接地；

（2）2#發電機，52.5MW，10.5kV，cosΦ=0.875，經接地變壓器接地；

（3）消弧線圈，XDG-23/10.5，23kVA，共9檔，目前在3.8A最高檔位上運行，對應3.8A檔的消弧線圈電阻R=14.27Ω；

（4）接地變壓器，32KVA，額定變比10.5/0.23kV，二次側電阻0.47Ω；

（5）2#發電機定子繞組三相對地電容+發電機出口單元母線對地電容值為2.528μF；

（6）擴大單元母線對地電容+主變低壓線圈對地電容值為0.134μF；

（7）10kV電纜線路對地電容+廠用變高壓線圈對地電容值為0.544μF。

2.2 參數計算

（1）原消弧線圈選擇的電容電流估算

由于1#機組無電容或電容電流實測值，也不知道目前消弧線圈運行方式是欠補償還是過補償，在計算時，就需按電容電流最大工況考慮，即消弧線圈按欠補償方式運行。

1#機組中性點消弧線圈正常運行時分接頭處于3.8A檔（最高檔）運行，對應3.8A檔的消弧線圈實測電阻R=14.27Ω。經計算得，對應3.8A檔的消弧線圈電抗XL=1595.3Ω。故可算得消弧線圈的品質因素Q=111.8。

根據文獻[1]中 4.3.5節規定，消弧線圈接地的發電機，在正常運行情況下，其中性點長時間電壓位移不應超過發電機額定相電壓的 10%，非直配發電機脫諧度不超過±30%（考慮到限制傳遞過電壓等因素）。電站現有消弧線圈應滿足上述原則。

即

消弧線圈脫諧度還應滿足：

式中：IC——1#發電機+1#發電機單元母線+擴大單元母線+1#主變低壓線圈+10kV配電電纜+10kV廠用變高壓線圈（圖1虛框A所示）電容電流，A

IL——消弧線圈電感電流，為3.8A

因此，電容電流IC滿足

經補償后，故障電流在0.33A～1.63A之間，滿足≤3 A的要求。故1#發電機單獨運行發生一點接地故障時，允許帶故障運行一段時間而不必立即停機。

（2）2#發電機+2#發電機單元母線的電容電流

2#發電機定子繞組三相對地電容+2#發電機出口單元母線對地電容實測值經計算，2#發電機+發電機出口單元母線電容電流為4.812A。

（3）接地變壓器一次側接入電阻及阻性電流

接地變壓器一次側流過的阻性電流：

（4）兩臺機擴大單元運行時的電容及電容電流

兩臺機擴大單元方式運行時，總電容電流：

消弧線圈處于3.8A檔（最高檔）運行。當發生一點接地故障時，消弧線圈補償電感電流 3.8A，回路剩余電容電流剩余電容

3 2#發電機組接地方式

4 接地變壓器參數復核（1#機組改造前）

4.1 擴大單元下的接地變壓器參數選擇

擴大單元回路發生單相接地故障時，消弧線圈補償3.8A電感電流后剩余的電容電流，相應的電容為：

變壓器容量為：

K1：過負荷系數，過負荷時間按照1min設計，取為4.7。

4.2 現有接地變壓器參數復核

現有接地變壓器額定容量32KVA，二次側電阻0.47Ω。兩機擴大單元運行時所需的接地變壓器容量為11.49KVA≤S ≤14.39KVA ，故容量滿足要求。二次側電阻要完全滿足最大電容電流的要求的話，應歸算至一次側R（容抗Xcn）為941.11Ω。現配電阻值略偏大，能滿足電容電流在5.142A附近，不能滿足電容電流接近6.442A。

現有接地變壓器二次側電阻為0.47Ω，歸算至一次側R為979.96Ω。

通過HBA計算得到一條UAV從起始點S到終點F的最優飛行路徑L3，其中L3的長度為75.26。仿真結果如圖7所示。

綜上，現有接地變壓器基本能滿足兩臺機擴大單元運行工況。

5 1#機組改造完成后接地變壓器參數復核

增容改造完成后為2臺52.5MW發電機組各接1臺32kVA接地變壓器以擴大單元模式進行運行。在永久運行方式下，需對接地變壓器參數進行復核。

5.1 1臺發電機投入運行

1臺發電機投入運行時，發電機電壓回路總電容 CF=2.528+0.134+0.544=3.206 μF，總電容電流Ic=6.103A。

現有接地變壓器額定容量32KVA，二次側電阻0.47Ω，可見1臺發電機投入運行時，接地變壓器參數滿足要求。

5.2 2臺發電機投入運行

2臺發電機投入運行時，發電機電壓回路總電容CF=2.528× 2+0.134+0.544=5.734μF，總電容電流Ic=10.915A。

對于擴大單元接線方式，每臺中性點接地變壓器高壓側接地電阻應按發電機電壓回路總電容的進行選取，故：

現有接地變壓器二次側電阻為0.47Ω，歸算至一次側R為979.96Ω。

綜上，現有接地變壓器參數滿足要求。

6 結論

（1）由于1#機組無電容電流實測值，也不知道目前消弧線圈運行方式，需按電容電流最大工況考慮，即消弧線圈按欠補償方式運行。

（2）接地變壓器容量及二次側電阻基本能滿足改造過渡期兩臺機擴大單元運行工況，發電機健全相的瞬時過電壓不超過2.65倍額定相電壓。

（3）現有接地變壓器參數能滿足增容改造完成后，2臺52.5MW發電機組以擴大單元模式運行的工況要求。

[1]DL/T 5090-1999 水力發電廠過電壓保護和絕緣配合設計技術導則.

[2]DL/T 5222-2005 導體和電器選擇設計技術規定.

K928

B

1007-6344（2016）10-0092-02

賈欣（1982-），男，工程師，本科，主要從事水電站電氣一次設計工作。