發電機消弧線圈整定計算及檔位選擇

2021-08-25 02:45:14陳啟豪錢厚軍陳子明易非凡李景亳李書平

中國核電 2021年4期

陳啟豪,錢厚軍,陳子明,易非凡,李景亳,張蕓,劉歡,劉鵬,李書平

(中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300)

秦一廠一號機組采用發電機-變壓器組單元接線方式，發電機系上海發電機廠設計制造的第一代30萬千瓦級雙水內冷發電機，型號為QFS-310-2，電壓18 kV，功率310 MW，功率因數0.85(滯后)，發電機采用中性點經消弧線圈接地方式，消弧線圈設置為欠補償方式。該機組于1991年12月投入并網運行。

2007年實施了發電機第一次增容改造，功率提升到330 MW，功率因數提高到0.9(滯后)，視在功率不變。2018年結合電廠運行許可證延續項目再次實施擴容改造，功率提升到350 MW，功率因數0.9(滯后)，視在功率也相應提升，勵磁系統由三機勵磁方式改造為機端自并勵方式，發電機效率由98.80%提高至98.85%。

按照相關設計標準，發電機中性點采用消弧線圈接地時應設置為欠補償方式，補償后發電機發生單相接地時允許故障電流為不大于1 A。第二次擴容改造由于采用了新的設計與工藝，發電機端部結構有所變化，同時由于勵磁系統的改變，致使發電機端所連設備和裝置對地電容改變,為確保消弧線圈仍舊工作在欠補償方式最佳工作點，有必要對消弧線圈參數進行核算并重新整定。

1 單相接地故障系統分析與計算公式推導

假定發電機A相直接接地短路，不計定子繞組阻抗壓降，發電機中性點連接消弧線圈，如圖1所示。圖中，UA，UB，UC為發電機各相電壓;CA，CB，CC為發電機各相接地電容。

圖1 單相接地故障中性點經消弧線圈接地示意圖

為便于計算分析，將圖1轉化為等效電路形式，如圖2所示。

圖2 單相接地故障中性點經消弧線圈系統等效電路圖

首先，由圖2可得電容電流:

(1)

(2)

假定Z=R+jXL，可得阻抗電流:

(3)

根據基爾霍夫電流定律，故障相電流(入地電流):

(4)

式(4)中，虛部(IC-IL)表示消弧線圈對電容電流的削弱作用，將(IC-IL)視為廣義電容電流。

若考慮各電流為已知量，則阻抗可表示為電阻部分(實部):

(5)

電抗部分(虛部)：

(6)

式(5)與式(6)即為計算消弧線圈阻抗參數通用公式。

2 設計參數輸入

機端連接設備和裝置一般有主變壓器、發電機封閉母線 (電力電纜、電流互感器、電壓互感器及過電壓保護電容器在整定計算時可以忽略不計)。

發電機機端電壓：UN=18 kV；

發電機定子單相對地電容Cf:0.277 μF；

主變繞組三相對地電容CT:0.030 52 μF。

離相封閉母線的外殼是接地的，單相對地電容可按同軸圓導體電容計算：

(7)

式中,CFM——封閉母線每相對地電容，μF；

l——封閉母線長度，m；

RR、RM——封閉母線外殼和導體半徑，m；

ε——空氣的介電常數，ε=8.86×10-12。

計算離相封閉母線單相對地電容CM:0.000 076 11 μF/m；

核實秦山一廠發電機封閉母線布置圖，離相封閉母線長度:40 m。

3 消弧線圈參數選擇及核算

3.1 電容電流核算

電容電流的計算,包括發電機及其電壓回路的設備和連接線對地電容電流：

CΣ=0.290 2 μF

式中,XC——發電機回路電抗，Ω；

CΣ——發電機回路總對地電容；

ω——發電機角頻率。

3.2 補償系數的選擇

當認為消弧線圈為純電感時，通常定義補償系數k為電容電流與電感電流有效值的比值。但考慮消弧線圈本身及附加的電阻時，這樣定義就不準確了，因為流經消弧線圈的并不是純電感電流，這時應該從消弧線圈的補償機理出發定義k為電容電流與消弧線圈的感性分量電流有效值的比值，以下按此定義計算。經消弧線圈接地可以將故障電流限制在允許接地電流范圍內，其串聯小值電阻后，可以降低暫態過電壓，并把傳遞過電壓限制在安全范圍內。Ia為補償后的故障電流，Iδ為設定的允許接地電流，計算滿足允許接地電流時的消弧線圈電感L和電阻R及相應的補償系數k。

(8)

(9)

聯立(7)與(8)解得：

(10)

所以，若將故障電流限制在Iδ范圍內，補償系數應滿足(10)關系。