恰木薩水電站泄洪沖沙閘總進(jìn)線回路脫扣器的選擇

馬威鋒

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

恰木薩水電站是新疆葉爾羌河流域梯級(jí)開發(fā)中的第2級(jí)電站，為引水式電站。工程主要由攔河引水樞紐、發(fā)電引水系統(tǒng)、壓力前池、壓力管道、電站廠房等組成。電站裝機(jī)容量為203MW。

攔河引水樞紐設(shè)置泄洪沖沙閘共19孔，排冰閘1孔，發(fā)電引水閘3孔，灌溉閘1孔，閘群呈“一字型”布置。規(guī)劃、水工、機(jī)電及金結(jié)等相關(guān)專業(yè)依據(jù)泄洪水量的要求，本著可靠經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)思路，確定最大洪水泄洪閘的開啟方式為：分批次依次開啟19孔泄洪閘，每批次同時(shí)開啟4孔。

為減小啟動(dòng)電流，本工程各閘門電動(dòng)機(jī)采用降壓啟動(dòng)方式。由于各閘門的供電距離遠(yuǎn)近不一，距離變壓器最近的約10m，最遠(yuǎn)的約270m，且負(fù)荷較大，有同時(shí)啟動(dòng)的要求。對(duì)于以上工程的實(shí)際要求，在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)供電設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)長距離同時(shí)啟動(dòng)時(shí)總進(jìn)線回路脫扣器的選擇帶來一定影響。

2 總進(jìn)線回路脫扣器的整定及校驗(yàn)

系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

2.1 短路電流計(jì)算

(1)變壓器的阻抗值

(2)電纜阻抗值

查詢相關(guān)資料得出每米電纜的電阻值及電抗值，進(jìn)而求得電纜的阻抗值

R纜=0.204×270=55.08MΩ

X纜=0.078×270=21.06MΩ

(3)母線阻抗值

查詢相關(guān)資料得電流互感器及斷路器的阻抗值約為：

R其它=0.3MΩ

X其它=1.2MΩ

(4)饋線回路總阻抗值

R∑=4.74+55.08+0.26+0.3=60.38MΩ

X∑=14.44+21.06+2.8+1.2=39.5MΩ

=72.16MΩ

圖1 系統(tǒng)接線簡易圖

(5)如圖1所示，求得第一組電動(dòng)機(jī)總進(jìn)線回路末端三相短路電流為：

求得總進(jìn)線回路末端兩相短路電流為：

(6)查詢相關(guān)資料可得變壓器的單相短路時(shí)正序、負(fù)序及零序阻抗值分別為：

R變正序=R變負(fù)序=5.25MΩ，R變零序=58MΩ

X變正序=X變負(fù)序=21.74MΩ，X變負(fù)序=110MΩ

(7)查詢相關(guān)資料可得電纜的單相短路時(shí)的正序、負(fù)序及零序阻抗值分別為：

R纜正序=R纜負(fù)序=0.204×270=55.08MΩ

R纜零序=0.45×270=121.5MΩ

X纜正序=X纜負(fù)序=0.105×270=28.35MΩ

X纜負(fù)序=0.18×270=48.6MΩ

(8)單相短路電流計(jì)算

2.2 脫扣器的整定

根據(jù)規(guī)范要求，斷路器過流脫扣器的整定按表1選擇。

表1 斷路器過電流脫扣器整定電流算式

注：*兩式中取大者

Iz￣—脫扣器整定電流，A；IQ—電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流；IE—電動(dòng)機(jī)額定電流

2.3 脫扣器靈敏系數(shù)校驗(yàn)

圖2 調(diào)整后的系統(tǒng)接線簡易圖

3 結(jié)果分析及應(yīng)對(duì)方案

根據(jù)以上計(jì)算分析可知，單相短路及兩相短路時(shí),脫口器的靈敏系數(shù)不能滿足要求的主要原因有:

(1)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)的啟動(dòng)電流較大，導(dǎo)致脫扣器整定值偏大。

(2)閘門的供電距離較遠(yuǎn)，電纜回路總的阻抗值較大，使得短路電流值衰減的較多。

應(yīng)對(duì)方案：要想使脫扣器的靈敏系數(shù)增大，只有增大短路電流值或者減小脫扣器的整定值的辦法。

方案一：增大短路電流可采取增加電纜截面的辦法，但截面過大則可能導(dǎo)致電纜無法選擇，若采用多根并聯(lián)則會(huì)增加相應(yīng)回路及其電氣設(shè)備，導(dǎo)致成本增加，而且不利于電纜的敷設(shè)，反而帶來新的問題。

方案二：減小脫扣器的整定值可通過改變電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)，由串電阻降壓啟動(dòng)改為變頻啟動(dòng)，變頻器可以依據(jù)實(shí)際需要，對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行設(shè)置，效果最好，但由于本工程閘門負(fù)荷數(shù)量較多，直接投資成本過高，所以不推薦。

方案三：減小脫扣器的整定值可通過改變電動(dòng)機(jī)的接線方式，增加供電回路數(shù)，減少單個(gè)回路上電動(dòng)機(jī)的數(shù)量，經(jīng)過計(jì)算，這種方式使得脫扣器的整定值明顯減小，由于減小了電纜截面，導(dǎo)致短路電流值也在減小，但其比值(靈敏系數(shù))卻在增加，通過合理的選擇導(dǎo)線截面及回路數(shù)，即可滿足要求。調(diào)整后接線方式詳如圖2所示。

根據(jù)圖2接線方式，重新計(jì)算后得：短路點(diǎn)三相短路電流值為2.26kA；兩相短路值為1.96kA；單相短路值為1.2kA；脫扣器的整定值為0.8kA。

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析可知，多臺(tái)電動(dòng)機(jī)長距離同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)總進(jìn)線回路脫口器靈敏系數(shù)往往較低，不能滿足要求，提高脫扣器的靈敏系數(shù)成為合理選擇脫扣器的關(guān)鍵。本文結(jié)合問題，本著經(jīng)濟(jì)合理、接線清晰的設(shè)計(jì)原則，著重分析了各種應(yīng)對(duì)方案的可行性，提出了經(jīng)濟(jì)合理的解決方案。

不足之處在于，該方案使得電動(dòng)機(jī)總進(jìn)線回路數(shù)增加了1倍，給電纜敷設(shè)增加了難度；采用降壓啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流較大是導(dǎo)致脫扣器靈敏系數(shù)偏小的主要原因之一，如果有條件，可選擇變頻器啟動(dòng)方式。