10.5kV電壓等級并網的新能源電廠主變壓器設置問題及分析

李豐田

（成來電氣科技有限公司，吉林 白城 137300）

在我國快速發展期間，環境問題日益突出，人們更加注重環保工作，垃圾焚燒發電開始出現，并成為當下的主要發展方向之一。位于某市的垃圾焚燒發電廠，每天的焚燒爐處理規模為500t，配有10MW凝氣式汽輪發電機組1臺，升壓用主變壓器型號為SZ11-10000/10，出線電壓為10.5kV，經10kV直配線路經斷路器與上級變電站10kV母線進行連接。本文以該案例為例，對10.5kV電壓等級并網的新能源電廠主變壓器設置問題進行了分析。

1 電流計算

發電機定子發生單相接地故障，故障電流是其直接相連的電網的對地電容電流，主要包括所有架空線線路、發電機等。在對不同的電容電流進行計算時，要符合相關要求及標準。下面對廠外、廠內兩個部分的電容值進行計算，并最終得出總電容值。

1.1 廠外部分

通過了解，發現上網線路電纜、上級變電站10kV母線出線電纜的長度分別為2km與26km，這樣就可以通過公式得出對廠外電纜的電容電流。

（1）廠外電纜：L*，代入數據可以得到最終結果為29.4A；對于架空線路而言，對于上級變電站10kV母線出線架空線的情況，可以按照10回計算，每回為2km。（2）架空線：**L*，代入數據可以得到最終的結果為0.266A；在了解變電站站增加的接地電容電流附加值時，需要從由《電力工程電氣設計手冊—一次部分》中找，通過分析發現，10kV電壓等級的附加值為16%。綜合分析，可以得到廠外系統對地電容值的計算為：（29.4+0.566）×（1+0.16）=34.749A。

1.2 廠內部分

在廠內，10kV電纜的長度為1.6km，所以在對廠內電流進行計算過程中，可以按照下面公式確定。

（1）廠內電纜：L*，代入數據計算可得結果為1.68A。在本項目工程中，發電機電壓回路主要是發電機出線母線，母線的回路長度為10m。（2）母線：Ic=（0.5'1）·L·10-3，代入數據可得結果為0.01A。（3）發電機：Ic=0.46A。（4）變電站：在電壓為10kV的變電站中，變電站增加的接地電容電流附加值為16%。

通過上面的分析，可以發現，當發電機定子在出現單相接地故障時，在廠內各個系統中對地電容可以合計計算：（1.68+0.01+0.46）×（1+0.16）=2.494A。廠外系統對地電容值+廠內系統對地電容值=34.749+2.494=37.243A。

2 主變設置、發電機中性接地方式選擇問題

通過上文分析，可知當發電機定子出現單相接地故障時，一般是由于電廠上網路不經隔離措施而直接并網造成的，這時，發生單相接地故障后，電流值為37.243A。按照目前國家的相關標準來看，發電機內部在出現單相接地故障后，當額定電壓在6.3kV以上時，不用瞬時進行切機操作，發電機單相接地故障電流最高不允許值需按照標準進行確定，并且在中性點不接地方式的應用下，不能超過標準值（需按照《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》中3.1.3的要求進行操作），如果超出該值，要使用中性點諧振的接地方式進行處理。在規范的3.1.3的規定下，可知出現單相接地故障后，6.3kV發電機的電流允許值為50MW以內，且電流為3A。為確保安全，當單相接地故障出現后，不用進行瞬間切機，且在有單相接地故障，并使用中性點不接地方式時，電流最好允許值為3A。為確保發電機中性點不接地方式應用的可靠性，需針對實際情況選擇合理方案，下面就對常見的三種方案進行介紹。

2.1 不接地方式

單相接地故障問題在發電機內部發生后，不要求瞬時切機，將隔離變壓器設置在上網線路出線處，確定為主變壓器，這樣可以對廠外系統進行有效隔離，發電機中性點采用不接地方式。中性點不接地的優勢明顯，其特點主要表現為：（1）當單相接地故障的電流在10A以下時，位于故障點的電弧會自熄，絕緣可以在自熄后恢復。（2）系統的對稱性不會受到單相接地的影響，出現故障后也可以運行一段時間，對于故障線路的檢查更加方便。

2.2 消弧線圈接地方式

單相接地故障在發電機內部發生后，不要求瞬時切機，變壓器在上網線路出線處不用進行隔離，采用消弧線圈接地方式在發電機中性點進行接地，在選擇消弧線圈容量時，可以按照下面公式進行確定：。

中性點經消弧線圈接地也有一定的適用范圍，一般情況下，要將單相接地故障電容電流Ic控制在10A以下，且以架空線路為主。同時，中性點經消弧線圈接地方式具有以下特點：

（1）在對電網對地電容電流進行補償時，弧線圈的感性電流能夠實現這一操作。這樣在出現單相接地故障后，電流在10A以內，這樣故障點的電弧能實現自熄。（2）位于故障點的絕緣能實現自行恢復。（3）對系統對稱性不會產生破壞，利于故障線路查找。

2.3 高電阻接地方式

單相接地故障在發電機內部出現后，變壓器不需要在上網線路出線處隔離，在發電機中性點采用經高電阻接地方式。在發電機中性點變壓器二次繞組上接接地電阻器。高電阻接地方式的特點主要表現為：（1）對單相接地暫態過電壓進行抑制；（2）待故障運行2h后，用戶可以選擇快速跳閘或者定時跳閘；（3）多運用于小于10A的變電站；（4）結構相對比較簡單，維護比較方便。

2.4 方案確定

通過上面三種方案的介紹，在設計過程中，還需結合實際情況進行確定，數據收集較難、系統規模多變等是廠外電力系統側存在的問題，在對消弧線圈、電阻參數等進行確定上難度較大。同時，由于10.5kV電壓等級直接并網是實際設計過程中所采用的方式，發電機母線短路電流超過31.5kA的情況比較常見，在較大的電流下，對于10kV電氣設備的要求提升，從而增加設備成本。所以，在綜合分析后可以選擇（1）的方案。選擇方案（1）的主要原因是由于隔離器在線路處的設置，可以對外網進行電氣隔離，這樣就不需要再使用中性點接地設備，對于系統短路電流的限制作用效果較好，而且方案（1）在實際應用中具有較強的實用性，而且受到外網系統側的影響較小。

3 結語

垃圾焚燒發電廠作為實現“綠色發展”的重要途徑，隨著我國相關產業的快速發展，為實現垃圾焚燒發電廠的可持續發展，在設計時，可以采用10.5kV電壓等級直接并網的方式，在設計過程中，需對發電機定子發生單相接地故障問題進行考慮，并在此基礎上探究在故障出現后電網側提供的對地電容電流的影響，然后，在主變設置、中性接地方式選擇問題分析下，最終確定主接線的最優方案，確保垃圾焚燒發電廠的健康運行。