變電站改造中電抗器可否拆除研究

孫獻玲

(河南煤業(yè)化工集團有限公司焦煤集團方莊二礦)

變電站改造中電抗器可否拆除研究

孫獻玲①

(河南煤業(yè)化工集團有限公司焦煤集團方莊二礦)

根據(jù)國家電力行業(yè)標準,河南焦作焦煤集團公司使用的6 kV高壓開關(guān)柜為GG-1A型,屬于國家禁止使用的高壓開關(guān)柜。因此,該公司對方莊二礦35 kV變電站進行改造。根據(jù)變電站改造的實際情況,研究電抗器與短路電流的關(guān)系,以確定是否可以取消電抗器,達到節(jié)能降耗、節(jié)約空間和設(shè)備的目的。

變電站;短路電流;運行方式;等值電路圖;拆除電抗器;研究

1 短路電流的危害

電力系統(tǒng)在運行中,由于多種原因,使系統(tǒng)出現(xiàn)各種故障和異常現(xiàn)象。根據(jù)運行經(jīng)驗,破壞電力系統(tǒng)正常運行的故障最為常見且危害最大的是各種短路(包括三相短路、兩相短路、單相短路、兩相接地短路、單相接地短路),其中三相短路電流值最大,造成的危害最嚴重。

短路時系統(tǒng)的阻抗大幅度減小,電流則大幅度增加。通常短路電流可達正常工作電流的幾十倍甚至幾百倍,在大電力系統(tǒng)短路電流可達幾萬安培甚至幾十萬安培。這樣大的短路電流將產(chǎn)生極大的危害,歸納起來其危害有以下幾種:

1)損壞電氣設(shè)備。短路電流產(chǎn)生的電動力效應(yīng)和熱效應(yīng),會使故障設(shè)備及短路電流中的其他設(shè)備遭到破壞。2)影響到電氣設(shè)備的正常運行。短路時電網(wǎng)電壓驟降,使電氣設(shè)備不能正常工作。3)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。嚴重時短路會使并列運行的發(fā)電機組失去同步,造成電力系統(tǒng)解列。4)造成停電事故。短路時電力系統(tǒng)的保護裝置動作,使開關(guān)跳閘,從而造成大范圍停電,越靠近電源,停電范圍越大,造成的經(jīng)濟損失也越嚴重。5)產(chǎn)生電磁干擾。不對稱短路的不平衡電流,在周圍空間產(chǎn)生很大的交變磁場,干擾附近的通訊線路和自動控制裝置的正常工作。因此,短路的后果非常嚴重,必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素,同時還要正確選擇電氣設(shè)備,使電氣設(shè)備在短路電流作用下不致?lián)p壞。

2 限流電抗器

在大容量電力系統(tǒng)中,短路電流往往很大,使按短路條件選擇的設(shè)備投資過大或選不出合適的設(shè)備,因而要對過大的短路電流加以限制,使所選設(shè)備經(jīng)濟合理是十分必要的。在礦山供電系統(tǒng)中,當井下中央變電所母線的短路容量超過井下高壓配電箱的額定斷流容量時,則采取限制短路電流的措施。

雖然限制短路電流的方法很多,例如使并列運行的變壓器分列運行,雙電源供電線路分列運行,環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)的開環(huán)運行等均可使短路回路的阻抗增大,短路電流減小。

在工礦企業(yè)高壓供電系統(tǒng)中,通常用水泥電抗器限制短路電流。水泥電抗器由紗包絕緣或鋁絞線繞制成線圈,在專設(shè)的支架上澆注成水泥支柱,再放到真空中干燥后,涂漆制成。涂漆可以防腐防止水分浸入,因此,在運行中應(yīng)特別注意電抗器的漆皮狀況及其清潔狀況。

水泥電抗器沒有鐵心,這是因為鐵心線圈的電抗值隨著鐵心的飽和程度不同變化較大。當流過正常負荷時,鐵心不飽和電抗較大;而流過短路電流時,鐵心趨于飽和狀態(tài),繞組電抗很小,限流作用反而減弱。另外,鐵心產(chǎn)生渦流和磁滯損耗,會使供電效率降低。

電抗器的三相繞組可以水平布置,也可以垂直疊裝在一起布置。工礦企業(yè)變電所一般多采用垂直布置方式。在垂直布置時,中間一相繞組的繞向應(yīng)與上下繞組的繞向相反。這是為了當兩相沖擊短路電流流過電抗器時,使相鄰兩相繞組間產(chǎn)生的電動力相互吸引而不是相互排斥。這樣可以使支柱絕緣子承受壓力而不是拉力,使抗壓強度高于抗拉強度的支柱絕緣子工作更穩(wěn)定可靠。

正常工作時,通過IN電抗器上的電壓損失很小,以額定電壓6 kV為例,≤0.05UN=3IN XKsin Φ(300V),當發(fā)生短路故障時,通過電抗器在其上產(chǎn)生的電壓損失很大,約為:3IN XKsinΦ≥(0.6～0. 7)UN(3.6～4.2 kV),從而限制了短路電流。

是否安裝電抗器是根據(jù)開關(guān)的額定斷流量(或最大分斷電流)是否大于其所在電路的最大短路容量(或最大短路電流)來決定,如果符合該條件,則可以取消;不符合則必須安裝。

3 遮斷容量與電抗器是否可以取消

遮斷容量通常用來表征開關(guān)元件在短路狀態(tài)下的斷路能力。高壓斷路器的遮斷容量,與額定開斷電流一樣,是表征斷路器開斷能力的參數(shù),在額定電壓下,斷路器能保證可靠開斷的最大短路電流,就是額定開斷電流,其單位用斷路器觸頭分離瞬間短路電流周期分量有效值的千安數(shù)表示。斷路器的額定開斷電流與額定電壓乘積的3倍,就是遮斷容量。

由于高壓電流在斷開的過程中,產(chǎn)生電弧,即使斷路器觸頭分開,但電路并未斷開,必須消弧才能完全斷開電路電流,因此,把斷路器完全斷開電路電流稱為遮斷。

3.1 選取基準參數(shù)

1)選取基準容量。Sb=100 MVA

2)選取基準電壓。

35 kV系統(tǒng):Ub35=37 kV

6 kV系統(tǒng):Ub6=6.3 kV

3)選取基準電流。

35 kV系統(tǒng):

3.2 確定常用參數(shù)

1)系統(tǒng)阻抗標幺值。

電源S1對35 kV變電站35 kV母線:Xs1= 0.441

電源S2對35 kV變電站35 kV母線:Xs2= 1.593

上述參數(shù)由焦作市電業(yè)局三電辦提供。

2)35 kV主變壓器的電抗標幺值(2臺相同)。

額定容量16 MVA,短路電壓百分數(shù)8.16%:

3.3 電源大方式運行

電源大方式運行(古方線運行)時,電源在35 kV變電站6 kV母線的電抗:

1)畫出等值電路圖,見圖1。

圖1 電源大方式運行等值電路圖

2)大方式供電時電源對35 kV母線變電站6 kV母線的并聯(lián)電抗為:

3.4 電源小方式運行

電源小方式(馬方線運行)運行時,電源在35 kV變電站6 kV母線上的電抗。

1)畫出等值電路圖,見圖2。

圖2 電源小方式運行等值電路圖

2)電源的電抗。

XX=XS2+Xb2=1.593+0.51=2.10

3.5 35 kV對6 kV母線短路參數(shù)計算

1)計算大方式運行時的短路參數(shù)。

a)畫出等值電路圖,見圖3。

圖3 等值電路圖

b)簡化等值電路圖,見圖4。

X1=XS1+Xb=0.441+0.51=0.951

c)電源S1對K2點的短路參數(shù)。

(1)電源S1對K2點的短路電流標幺值為:

圖4 簡化等值電路圖

(2)電源S1對K2點的短路電流及容量為:

2)計算小方式運行時的短路參數(shù)。

a)畫出等值電路圖,見圖5。

圖5 等值電路圖

b)簡化等值電路圖,見圖6。

X2=XS2+Xb=1.593+0.51=2.103

c)電源S2對K2點的短路參數(shù)。

(1)電源S2對K2點的短路電流標幺值為:

(2)電源S2對K2點的短路電流及容量為:

由此,以最大運行方式下的短路沖擊電流ikrs1= 24.562 kA,短路沖擊電流有效值Ikms1=14.641 kA及短路容量S1∞=105.2 MVA,與開關(guān)的遮斷容量相比來確定是否可以取消電抗器。

現(xiàn)6 kV開關(guān)柜改造后型號KYN28A-12,額定開斷電流為31.5 kA,則其遮斷容量為了3×36× 331.5=327 MVA>105.2 MVA,所以,該變電所改造中可以取消電抗器,以達到節(jié)約設(shè)備、空間和節(jié)能降耗的目的。

[1] 張學(xué)成.工礦企業(yè)供電[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2005:45-63,126-127.

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[3] 國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009:240-252.

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[5] 重慶電力技工學(xué)校.電氣設(shè)備[M].北京:水利電力出版社,1996:178-196,202-205.

[6] 宋守信.電工手冊[M].北京:中國電力出版社,2001:506-539.

Research on Reactor Dismantle or not Dismantle in Substation Transformation

Sun Xian-ling

According to the standands of national power industry,GG-1A type 6 kV high-tension switch cabinet of using in the coking coal group of Jiaozuo in Henanuse belong to high-tension switch cabinet of nation taboo.Therofore transform Fangzhuang No.2 Mine’s electric power substation.According to electric power substation’s practical situation,research the relation of short circuit current and reactor,determine that reactor dismantle or not dismantle,Achieve saving energy,reducing the cost,saving space and equipment.

Electric power substation;Short circuit current;Operation mode;Equivalent circuit diagram; Dismantle reactor;Research

book=1,ebook=55

TD612

B

1672-0652(2010)01-0019-03

2009-12-09

孫獻玲 女 1974年出生 2009年畢業(yè)于河南理工大學(xué)成人教育學(xué)院 助理工程師 焦作 454361