某水電站中壓廠用電系統(tǒng)中性點設(shè)備計算選型分析

某水電站中壓廠用電系統(tǒng)中性點設(shè)備計算選型分析

Summary：近年來，水電站中壓廠用電系統(tǒng)陸續(xù)采用中性點經(jīng)低電阻接地的方式，由于引自地方變電站的備用電源為不接地系統(tǒng)，從而造成中壓廠用電系統(tǒng)具有中性點接地和不接地兩種運行方式，通過對中壓廠用電系統(tǒng)中性點設(shè)備計算選型分析，考慮不同運行方式下的保護配置，確保中壓廠用電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。Keys：水電站；中壓廠用電；低電阻接地；計算選型；保護配置。：TV743：A：1.中壓廠用電系統(tǒng)概況某水電站設(shè)2臺高壓廠用變壓器，分別從1、3號主變壓器低壓側(cè)引接廠用電源，容量均為8000kVA，變比均為18/10.5kV。另外，從保留的施工變電站I、Ⅱ段母線各引接1回10kV電源作為廠用電的備用和保安電源。10kV母線分3段，3段母線通過母聯(lián)斷路器連接。正常情況下，由2臺高壓廠用變壓器自18kV降至10kV形成2段工作母線(第Ⅰ和第Ⅲ段母線)，并由Ⅰ段母線帶Ⅱ段母線，供電站的全部廠用負荷；外來2回10kV備用電源接入Ⅱ段母線，作為電站備用電源。電站中壓廠用電系統(tǒng)采用中性點經(jīng)低電阻接地方式，2臺高壓廠用變壓器的接線組別采用?-Y接線，高壓廠用變壓器低壓（10kV）側(cè)中性點經(jīng)低電阻接地。2.設(shè)備選型2.1接地電阻器選擇根據(jù)國網(wǎng)新源控股有限公司企業(yè)標準《水電站廠用電系統(tǒng)接地方式技術(shù)導(dǎo)則（試行）》（Q/GDW4610023—2018）對接地電阻器選擇如下：1）額定電壓電阻器額定電壓為中壓廠用電系統(tǒng)額定相電壓，即UN=kV。2）電阻值中性點接地電阻器的阻值按下式計算：RN=式中：RN——中性點接地電阻值（Ω）；UN——系統(tǒng)額定相電壓（V）；Id——選定的單相接地電流（A）。電阻電流應(yīng)不小于2倍電容電流，并且單相接地故障總電流值應(yīng)使保護裝置準確且靈敏地動作于跳閘[1-3]。Id一般選擇100~200A。電阻器在25℃時的電阻值偏差應(yīng)在±5%范圍內(nèi)。在一臺高廠變帶10kV三段母線情況下，單相接地故障電容電流最大，約為35A，按不小于2倍電容電流取單相接地故障電流為100A。故RN=，電阻值取60Ω。3）額定發(fā)熱電流電阻器額定發(fā)熱電流選用100A。4）額定時間電阻器額定時間選用10s。5）電阻元件為確保在工作溫度范圍內(nèi)的電氣和機械穩(wěn)定性，電阻器中的電阻元件材料采用不銹鋼材質(zhì)。6）絕緣水平電阻器的工頻耐壓值：42kV。7）溫升電阻器10s允許溫升不超過760K。2.2接地電阻器連接電纜選擇按本工程單相接地故障電流值取100A，并考慮一定裕量，選擇10kV非磁性鎧裝電力電纜，型號為ZC-YJV62-8.7/15-1×35。2.3零序CT選擇零序CT可選用電纜型零序電流互感器，互感器內(nèi)徑應(yīng)大于所接電力電纜外徑，并留有安裝裕量。針對接地運行方式下的零序CT，其額定一次電流可按系統(tǒng)接地電阻電流值選擇，即100/1A，準確級為5P20，容量為5VA。針對不接地運行方式下的零序CT，是與小電流接地選線裝置配合使用，其額定一次電流應(yīng)保證不接地系統(tǒng)最大接地電容電流在電流互感器線性范圍內(nèi)[4-6]，故可選用50/1A，準確級為5P20，容量為5VA。3.10kV系統(tǒng)短路電流計算電站廠高變高壓側(cè)接有限流電抗器，根據(jù)廠家提供的資料，限流電抗器的額定電壓為18kV，電抗百分比為2%；廠高變額定容量為8000kVA，額定電壓為18±2×2.5%/10.5kV，短路阻抗為8%；忽略系統(tǒng)及電纜阻抗，估算廠高變低壓側(cè)（10kV系統(tǒng)側(cè)）三相短路電流如下[7-8]：取基準容量Sj=10MVA，基準電壓Uj=10kV，高壓側(cè)額定電流經(jīng)計算為256A，則：限流電抗器電抗標幺值為：=0.081；廠高變電抗標幺值為：=0.1；總電抗為Z=0.081+0.1=0.181；故廠高變低壓側(cè)（10kV側(cè)）三相短路電流為=3.13kA。4.保護配置正常運行時，10kVⅠ、Ⅲ段母線獨立運行，且Ⅰ段帶Ⅱ段母線；中壓廠用電系統(tǒng)為低電阻接地運行方式。當Ⅰ、Ⅲ段母線都失電時，由10kVⅡ段帶Ⅰ、Ⅲ段負荷，中壓廠用電系統(tǒng)為不接地運行方式。4.1保護配置高廠變：在高廠變中性點側(cè)配置2個零序CT，參數(shù)為100/1/1A，5P20/0.5，15/15VA，保護級CT用于高廠變低壓側(cè)單相接地時的零序電流保護?；谀壳案邚S變已配置了“縱聯(lián)差動保護、過電流保護、過負荷保護、非電量保護”，鑒于保護產(chǎn)品為標準定型產(chǎn)品，已與保護廠家進行確認，高廠變保護裝置具備“零序電流”保護功能，無需單獨增加零序電流保護裝置。10kV進線柜：高廠變低壓側(cè)10kV進線柜和施工變外來10kV電源進線柜采用測控保護一體化裝置，保護功能有“過電流保護、過負荷保護”。10kV饋線柜：饋線零序CT的配置要結(jié)合廠用電運行方式配置，當系統(tǒng)為有效接地運行時，零序CT參數(shù)為100/1A，5P20，15VA，當系統(tǒng)為不接地運行時，零序CT參數(shù)為50/1A，5P20，15VA。10kV饋線采用測控保護一體化裝置，保護功能有“電流速斷保護、過電流保護、過負荷保護、零序電流保護”。10kV電動機饋線柜：上庫充水泵電機饋線零序CT的配置要結(jié)合廠用電運行方式配置，當系統(tǒng)為有效接地運行時，零序CT參數(shù)為100/1A，5P20，15VA，當系統(tǒng)為不接地運行時，零序CT參數(shù)為50/1A，5P20，15VA。10kV電動機饋線柜采用測控保護一體化裝置，保護功能有“電流速斷保護、過電流保護、過負荷保護、零序電流保護、低電壓保護、電機堵轉(zhuǎn)保護、斷相保護、電機過熱保護”。10kV廠用變壓器柜：10kV側(cè)零序CT的配置要結(jié)合廠用電運行方式配置，當系統(tǒng)為有效接地運行時，零序CT參數(shù)為100/1A，5P20，15VA，當系統(tǒng)為不接地運行時，零序CT參數(shù)為50/1A，5P20，15VA。廠用變低壓側(cè)中性點設(shè)置零序CT，用于廠用變低壓側(cè)單相接地保護。10kV廠用變壓器柜采用測控保護一體化裝置，保護功能有“電流速斷保護、過電流保護、過負荷保護、10kV側(cè)零序電流保護、低壓側(cè)零序電流保護、變壓器非電量保護”。10kV母聯(lián)柜：零序CT的配置要結(jié)合廠用電運行方式配置，當系統(tǒng)為有效接地運行時，即Ⅰ、Ⅲ段母聯(lián)柜的零序CT參數(shù)為100/1A，5P20，15VA，當系統(tǒng)為不接地運行時，即Ⅱ、Ⅰ段母聯(lián)柜和Ⅱ、Ⅲ段母聯(lián)柜的零序CT參數(shù)均為50/1A,5P20,15VA。10kV母聯(lián)柜采用測控保護一體化裝置，保護功能有“電流速斷保護、過電流保護、零序電流保護”。10kVPT柜：配置微機消諧裝置（監(jiān)測母線PT的開口三角電壓）、小電流接地選線裝置（接不接地運行方式下的各線路零序CT）、電弧光母線保護裝置。10kV母線PT的開口三角電壓按100/3V計，當系統(tǒng)為有效接地運行方式時，測控保護裝置采集電壓時，需作算法處理，當出現(xiàn)單相接地故障時，應(yīng)真實反映PT開口三角電壓值為100V。4.2保護整定原則1）需要考慮饋線零序保護和饋線電流保護在時間上和定值上配合。2）廠用變及廠用饋線中配置零序過流保護，保護動作于跳開相應(yīng)回路的斷路器。3）當發(fā)生接地短路，饋線開關(guān)拒動時，進線變壓器零序過流將作為后備保護。4）饋線零序保護應(yīng)按躲過本線路的對地電容電流整定。5）廠用電運行有接地運行和不接地運行兩種方式，主要故障（如三相短路，兩相短路，兩相接地短路）配置的保護及其定值在兩種運行方式下沒有太大差別，以10kV饋線為例，電流速斷保護的動作電流按躲過被保護線路末端短路時流過保護裝置的最大短路電流整定（即，為可靠系數(shù)，為被保護線路末端三相短路電流一次值，為電流互感器變比）；限時電流速斷保護的動作電流按與下一級電流速斷或限時電流速斷保護配合、按躲過下一級母線所帶負荷的自啟動電流計算。針對不接地運行下的單相接地故障，通過小電流接地選線裝置自動判別接地線路或母線并報警。針對有效接地運行方式下的單相接地故障，采用測控保護一體化裝置的零序電流保護功能進行判別，動作電流的整定值按單相接地短路時保護有足夠靈敏度計算，并與下一級單相接地保護定值配合要求，并可靠躲過最大負荷時的最大不平衡電流值整定（即，為靈敏系數(shù)，為中性點接地電阻的阻值，為饋線額定電壓，為零序電流互感器變比）。5.注意事項1）中壓廠用電系統(tǒng)中性點經(jīng)低電阻接地，由于該系統(tǒng)有中性點接地和不接地兩種運行方式，所以要分別考慮兩種運行方式下的保護配置。2）由于中壓廠用電系統(tǒng)兩種運行方式下的單相接地故障電流不同，所以需要配置2個不同變比的零序電流互感器。Reference：[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用（第二版）.北京：中國電力出版社，2002.[2]要煥年.電力系統(tǒng)諧振接地[M].北京：中國電力出版社，2000.[3]《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設(shè)計規(guī)范》（GB/T50064-2014）.北京：中國計劃出版社，2014.[4]《水力發(fā)電廠過電壓保護和絕緣配合設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》（NB/T35067-2015）.北京：國家能源局，2015.[5]劉長武，劉書玉，張鑫等.大型抽水蓄能電站中壓廠用電系統(tǒng)接地方式的抉擇.水電與抽水蓄能，2018，4（3）：23-30.[6]劉雪峰，王志強.對中壓系統(tǒng)中性點接地方式的探討[J].電力設(shè)備，2007（11）：59-61.[7]弋東方.中壓電網(wǎng)中性點接地方式選擇綜述.全國電網(wǎng)中性點接地方式與接地技術(shù)研討會論文集，2005，6.[8]張鑫，任剛，劉長武，劉書玉.水電站中壓廠用電系統(tǒng)接地方式研究.水電站機電技術(shù)，2018,41（8）：28-32.曹永闖（1987—），男，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站工程技術(shù)研究及運維管理。E-mail：yongchuang_cao@遠征（1992—），男，助理工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站工程技術(shù)研究及運維管理。E-mail：zheng_yuan@趙輝