發(fā)電廠500 kV串內(nèi)并聯(lián)電抗器保護(hù)CT配置研究

朱忠亭

(華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200063)

1 概述

為抵消線路電容效應(yīng)，防止工頻穩(wěn)態(tài)電壓升高，限制各種短時(shí)過電壓，超高壓系統(tǒng)的輸電線路一般均需裝設(shè)并聯(lián)電抗器。并聯(lián)電抗器的裝設(shè)位置與很多因素有關(guān)，首先應(yīng)考慮限制工頻穩(wěn)態(tài)過電壓的需要，并結(jié)合限制潛供電流、防止自勵磁、同期并列以及無功補(bǔ)償?shù)确矫娴囊螅M(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證后確定。對于常見的雙電源系統(tǒng)，僅在一端裝設(shè)并聯(lián)電抗器，對另一端工頻穩(wěn)態(tài)過電壓的降低影響很小，此時(shí)并聯(lián)電抗器可裝設(shè)在線路中段或分別裝設(shè)在線路的兩端。

隨著廠網(wǎng)分開的逐步深入，在電網(wǎng)公司主導(dǎo)的發(fā)電廠接入系統(tǒng)審查中，對于需要裝設(shè)并聯(lián)電抗器的超高壓輸電線路，一般均要求發(fā)電廠側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電抗器。可行的補(bǔ)償方案包括：(1)并聯(lián)電抗器“一對一”補(bǔ)償出線；(2)一臺并聯(lián)電抗器集中補(bǔ)償全部出線。而對于大容量發(fā)電廠(尤其是核電廠)出線回路較多，方案(2)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證中具有優(yōu)勢。對于采用3/2接線接入系統(tǒng)的情況，方案(2)中并聯(lián)電抗器可裝設(shè)在母線上或串內(nèi)。從目前的應(yīng)用現(xiàn)狀看，裝設(shè)在母線上比裝設(shè)在串內(nèi)的多。但由于后者具有更高的技術(shù)可靠性和靈活性，仍可在特定工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證中勝出。

本文以某發(fā)電廠(6×1000MW)工程為例，對其采用500 kV串內(nèi)并聯(lián)電抗器后的相關(guān)保護(hù)CT配置進(jìn)行深入研究。

2 主接線方案

某發(fā)電廠規(guī)劃6臺1000MW發(fā)電機(jī)，4回500 kV出線，采用3/2接線，設(shè)母線分段斷路器，集中設(shè)置1臺并聯(lián)電抗器接入串內(nèi)。500 kV主接線見圖1。500 kV升壓站采用絕緣開關(guān)裝置(Gas Insulated Switchgear,GIS)型式，共包括5個(gè)完整串，1個(gè)不完整串，2個(gè)分段斷路器，全站一次性建設(shè)完成。

圖1 500 kV主接線圖

3 典型的保護(hù)CT配置

3.1 典型的保護(hù)CT配置方案

對于500 kV并聯(lián)電抗器，典型的保護(hù)配置方案可參照主變壓器回路，即以雙重化的差動保護(hù)為主保護(hù)，并輔以其他后備保護(hù)。保護(hù)CT配置需滿足主保護(hù)和后備保護(hù)的要求，根據(jù)3/2接線的要求，典型的保護(hù)范圍需包括斷路器、分支和電抗器本體。因此，需在相關(guān)的兩個(gè)斷路器外側(cè)和電抗器中性點(diǎn)側(cè)配置保護(hù)CT。

典型的保護(hù)CT配置見圖2。

3.2 主要設(shè)備參數(shù)

(1)電抗器額定參數(shù)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(hù)CT配置圖

(2)斷路器額定電流為：4000A

斷路器外側(cè)CT額定一次電流根據(jù)斷路器額定電流選定，額定二次電流根據(jù)保護(hù)要求選定。再考慮全站CT的統(tǒng)一性，斷路器外側(cè)CT額定變比確定為5000/1A。差動保護(hù)兩側(cè)CT變比一般要求不超過4倍，故電抗器中性點(diǎn)側(cè)CT額定變比確定為1250/1A。典型的保護(hù)CT參數(shù)見表1。

表1 典型的保護(hù)CT參數(shù)

電抗器中性點(diǎn)側(cè)CT額定變比按照與斷路器外側(cè)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(cè)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(hù)采樣和整定的要求需要深入研究。

對應(yīng)電抗器額定電流時(shí)，斷路器外側(cè)CT二次側(cè)電流為：

這就要求保護(hù)裝置的采樣精度需滿足準(zhǔn)確測量CT二次側(cè)電流的要求。

根據(jù)DL/T866—2004中相關(guān)要求，TPY級CT(5000/1A)允許有1%的幅值誤差，相應(yīng)一次側(cè)幅值誤差為50 A。實(shí)際應(yīng)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(hù)裝置測量誤差。即一次側(cè)總電流幅值誤差應(yīng)大于50 A。而一般電抗器保護(hù)中差動保護(hù)啟動定值設(shè)定為0.3Ie，即：

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

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

4 改進(jìn)的保護(hù)CT配置

4.1 改進(jìn)的保護(hù)CT配置方案

為解決典型的保護(hù)CT配置方案中存在的問題，可考慮分段設(shè)置保護(hù)的方案。即獨(dú)立設(shè)置電抗器引線保護(hù)和電抗器本體保護(hù)，電抗器引線保護(hù)用于保護(hù)斷路器、分支，電抗器本體保護(hù)用于保護(hù)電抗器本體。

在典型的保護(hù)CT配置方案基礎(chǔ)上，增設(shè)CT41和CT42，裝設(shè)于分支上，同時(shí)供電抗器引線保護(hù)和電抗器本體保護(hù)使用。改進(jìn)的保護(hù)CT配置見圖3。

圖3 改進(jìn)的保護(hù)CT配置圖

CT41、CT42的變比與電抗器中性點(diǎn)側(cè)CT31、CT32一致，均為1250/1A，其它CT參數(shù)不變。改進(jìn)的保護(hù)CT參數(shù)見表2。

表2 改進(jìn)的保護(hù)CT參數(shù)

由于電抗器引線保護(hù)和電抗器本體保護(hù)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(hù)中差動保護(hù)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于CT一次側(cè)幅值誤差值(50 A)，即使再考慮二次回路噪聲和保護(hù)裝置測量誤差，保護(hù)的可靠性仍能得到保證。

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

電抗器本體保護(hù)中差動保護(hù)啟動定值仍設(shè)定為0.3Ie，即：

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

在布置500 kV升壓站設(shè)備時(shí)，需要考慮增加CT的布置位置；電抗器引線保護(hù)和本體保護(hù)布置在一面保護(hù)屏中，無需再增加保護(hù)屏。

改進(jìn)的保護(hù)CT配置方案已成功應(yīng)用于某發(fā)電廠中，現(xiàn)場調(diào)試未發(fā)現(xiàn)任何問題，目前運(yùn)行狀況良好。

5 結(jié)語

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

[1]西北電力設(shè)計(jì)院．電氣工程電氣設(shè)計(jì)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(jì)算導(dǎo)則[S]．