大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器電阻接地選型設(shè)計(jì)

張 健

(南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000)

1 大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器電阻接地選型設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

1.1 負(fù)載電阻設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

對(duì)于采用經(jīng)配電變壓器電阻接地這種方法的大型發(fā)電機(jī)而言，為了有效抑制可能出現(xiàn)的間歇性單相接地故障重燃弧引發(fā)的尖峰過(guò)電壓現(xiàn)象，只有在負(fù)載電阻折算到一次側(cè)后的阻值與發(fā)電機(jī)定子側(cè)系統(tǒng)對(duì)地電容的容抗保持基本相等時(shí)，才能將該電壓值控制在2.6倍的相電壓峰值范圍內(nèi)。但在一切特殊的情況下，電阻值的選擇會(huì)突破這一范圍的限制。上文中提到的電容主要指的是發(fā)電機(jī)定子繞組和定子繞組直接相連的設(shè)備對(duì)地電容，其中有發(fā)電機(jī)出口至其他連接設(shè)備之間連線的對(duì)地電容、發(fā)電機(jī)定子繞組的對(duì)地電容、勵(lì)磁變高壓側(cè)繞組的對(duì)地電容、斷路器對(duì)地電容等。

1.2 接地變壓器電壓變比的設(shè)計(jì)原則

當(dāng)大型發(fā)電機(jī)出現(xiàn)金屬性接地故障之后，其中性點(diǎn)電壓將在短時(shí)間內(nèi)被抬高到相電壓，為了應(yīng)對(duì)這一情況，接地變壓器高壓側(cè)的電壓通常設(shè)定為發(fā)電機(jī)的額定相電壓或是線電壓。此外，針對(duì)可能出現(xiàn)的電壓波動(dòng)現(xiàn)象，還需要留出一定的余裕，這樣可以有效地避免接地變壓器出現(xiàn)飽和。除此之外，為了保障二次設(shè)備的安全性，發(fā)電機(jī)端出現(xiàn)金屬性接地故障之后，必須要將接地變壓器低壓側(cè)的電壓控制在100～500V范圍內(nèi)，因此最好選擇低壓側(cè)的額定電壓。需要特別注意的是，在發(fā)電機(jī)裝設(shè)了外加低頻電源式定子接地保護(hù)的情況下，也應(yīng)對(duì)接地變壓器低壓側(cè)額定電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)二者的相互配合。

1.3 負(fù)載電阻容量、接地變壓器的設(shè)計(jì)原則

接地變壓器以及負(fù)載電阻容量的設(shè)計(jì)需要按照發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)機(jī)端發(fā)生短時(shí)金屬性接地故障的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常來(lái)講，定子接地保護(hù)跳閘的延時(shí)時(shí)間不應(yīng)超出4s。而且即使是在跳閘之后，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流也難以立刻降為零，所以還需要在4s的基礎(chǔ)上做出適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)，留出一定的緩沖空間，選擇范圍在20～60s之間。

2 大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器電阻接地選型設(shè)計(jì)

為了應(yīng)對(duì)定子單相接地故障狀態(tài)下電容電流過(guò)大的問(wèn)題，中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器電阻接地的方式獲得了廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際工作中，高阻抗變壓器的應(yīng)用較多，其原理是變壓器內(nèi)在電抗生成的電感性電流可以對(duì)故障電容的電流進(jìn)行部分補(bǔ)償，這樣不僅可以有效抑制故障暫態(tài)過(guò)電壓，同時(shí)還可以將接地故障電流限制在可以接受的范圍內(nèi)。

當(dāng)故障暫態(tài)過(guò)電壓威脅到大型發(fā)電機(jī)的定子繞組安全時(shí)，接地裝置在中性點(diǎn)對(duì)地電壓作用下投入工作，此時(shí)變壓器二次側(cè)所帶負(fù)載電阻產(chǎn)生有功功率損害，可以對(duì)事故暫態(tài)過(guò)電壓形成抑制作用，避免發(fā)電機(jī)定子繞組被擊穿。與此同時(shí)，繼電保護(hù)電路將從變壓器的二次側(cè)獲取到事故信號(hào)和工作電源，聯(lián)動(dòng)斷路器進(jìn)行跳閘動(dòng)作，將發(fā)電機(jī)組切除，如此就可以將事故的影響控制在較小的范圍內(nèi)。

結(jié)合工作實(shí)踐，發(fā)行發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地裝置設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括電氣參數(shù)計(jì)算、設(shè)備容量計(jì)算、選型以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，各類設(shè)備的配置是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文這一部分將主要對(duì)接地變壓器阻抗以及負(fù)載電阻的參數(shù)計(jì)算進(jìn)行分析研究。

2.1 發(fā)電機(jī)參數(shù)介紹

2.2 接地變壓器參數(shù)介紹

2.3 負(fù)載電阻設(shè)計(jì)

大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器負(fù)載電阻是二次側(cè)電阻器電阻和變壓器內(nèi)阻之和歸算至一次側(cè)的電阻值，需要按照發(fā)電電壓系統(tǒng)三相對(duì)地容量值進(jìn)行初選，為288.47Ω。之后按照個(gè)參數(shù)對(duì)各個(gè)部位的電流值進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果和設(shè)計(jì)條件進(jìn)行對(duì)照后發(fā)現(xiàn)，接地故障電流即電容性電流已經(jīng)超出了要求范圍，在這樣的情況下就需要對(duì)初選參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

通過(guò)對(duì)接地故障電流、變壓器阻抗以及負(fù)載電阻之間關(guān)系的分析，在設(shè)計(jì)參數(shù)取值范圍內(nèi)，接地故障電流會(huì)隨著變壓器阻抗電壓百分比的提高而降低，這是因?yàn)樽儔浩鳟a(chǎn)生的電感性電流可以有效地抵消接地故障電流。另一方面，接地故障電流會(huì)隨著負(fù)載電阻的降低而降低，其原因在于電阻的減少會(huì)使接地裝置的總體阻抗出現(xiàn)下降，如此一來(lái)流經(jīng)接地裝置的電流會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)，同時(shí)電感部分所占的份額則會(huì)上升，綜合起來(lái)就會(huì)使故障電流出現(xiàn)下降。但需要注意的是，負(fù)載電阻不能無(wú)限制地減少，這會(huì)造成電阻性電流和電容性電流比值的增大，導(dǎo)致設(shè)備的負(fù)荷容量增高。

基于相關(guān)關(guān)系，可以對(duì)變壓器阻抗電壓的百分比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，小幅度地減少負(fù)載電阻值，下調(diào)接地故障電流。最后通過(guò)驗(yàn)算，各部分電流均處于設(shè)計(jì)條件要求范圍內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)現(xiàn)代電力工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，大型發(fā)電機(jī)組的引入越來(lái)越多，這類發(fā)電機(jī)在出現(xiàn)定子單相接地故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生龐大的電容性電流，因此多采用中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器電阻的接地方式。本文以現(xiàn)如今最常用的高阻抗變壓器為例，對(duì)接地配置的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，闡明了接地故障電流、負(fù)載電阻以及變壓器阻抗等參數(shù)之間的聯(lián)系。