某水電站中壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)設(shè)備計(jì)算選型分析

某水電站中壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)設(shè)備計(jì)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(diǎn)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(diǎn)接地和不接地兩種運(yùn)行方式，通過對中壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)設(shè)備計(jì)算選型分析，考慮不同運(yùn)行方式下的保護(hù)配置，確保中壓廠用電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。Keys：水電站；中壓廠用電；低電阻接地；計(jì)算選型；保護(hù)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(fù)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(diǎn)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)《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(diǎn)接地電阻器的阻值按下式計(jì)算：RN=式中：RN——中性點(diǎn)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(hù)裝置準(zhǔn)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(jī)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(yùn)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(zhǔn)確級為5P20，容量為5VA。針對不接地運(yùn)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(zhǔn)確級為5P20，容量為5VA。3.10kV系統(tǒng)短路電流計(jì)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(zhǔn)容量Sj=10MVA，基準(zhǔn)電壓Uj=10kV，高壓側(cè)額定電流經(jīng)計(jì)算為256A，則：限流電抗器電抗標(biāo)幺值為：=0.081；廠高變電抗標(biāo)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(hù)配置正常運(yùn)行時，10kVⅠ、Ⅲ段母線獨(dú)立運(yùn)行，且Ⅰ段帶Ⅱ段母線；中壓廠用電系統(tǒng)為低電阻接地運(yùn)行方式。當(dāng)Ⅰ、Ⅲ段母線都失電時，由10kVⅡ段帶Ⅰ、Ⅲ段負(fù)荷，中壓廠用電系統(tǒng)為不接地運(yùn)行方式。4.1保護(hù)配置高廠變：在高廠變中性點(diǎn)側(cè)配置2個零序CT，參數(shù)為100/1/1A，5P20/0.5，15/15VA，保護(hù)級CT用于高廠變低壓側(cè)單相接地時的零序電流保護(hù)?；谀壳案邚S變已配置了“縱聯(lián)差動保護(hù)、過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、非電量保護(hù)”，鑒于保護(hù)產(chǎn)品為標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品，已與保護(hù)廠家進(jìn)行確認(rèn)，高廠變保護(hù)裝置具備“零序電流”保護(hù)功能，無需單獨(dú)增加零序電流保護(hù)裝置。10kV進(jìn)線柜：高廠變低壓側(cè)10kV進(jìn)線柜和施工變外來10kV電源進(jìn)線柜采用測控保護(hù)一體化裝置，保護(hù)功能有“過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)”。10kV饋線柜：饋線零序CT的配置要結(jié)合廠用電運(yùn)行方式配置，當(dāng)系統(tǒng)為有效接地運(yùn)行時，零序CT參數(shù)為100/1A，5P20，15VA，當(dāng)系統(tǒng)為不接地運(yùn)行時，零序CT參數(shù)為50/1A，5P20，15VA。10kV饋線采用測控保護(hù)一體化裝置，保護(hù)功能有“電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、零序電流保護(hù)”。10kV電動機(jī)饋線柜：上庫充水泵電機(jī)饋線零序CT的配置要結(jié)合廠用電運(yùn)行方式配置，當(dāng)系統(tǒng)為有效接地運(yùn)行時，零序CT參數(shù)為100/1A，5P20，15VA，當(dāng)系統(tǒng)為不接地運(yùn)行時，零序CT參數(shù)為50/1A，5P20，15VA。10kV電動機(jī)饋線柜采用測控保護(hù)一體化裝置，保護(hù)功能有“電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、零序電流保護(hù)、低電壓保護(hù)、電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)、斷相保護(hù)、電機(jī)過熱保護(hù)”。10kV廠用變壓器柜：10kV側(cè)零序CT的配置要結(jié)合廠用電運(yùn)行方式配置，當(dāng)系統(tǒng)為有效接地運(yùn)行時，零序CT參數(shù)為100/1A，5P20，15VA，當(dāng)系統(tǒng)為不接地運(yùn)行時，零序CT參數(shù)為50/1A，5P20，15VA。廠用變低壓側(cè)中性點(diǎn)設(shè)置零序CT，用于廠用變低壓側(cè)單相接地保護(hù)。10kV廠用變壓器柜采用測控保護(hù)一體化裝置，保護(hù)功能有“電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、10kV側(cè)零序電流保護(hù)、低壓側(cè)零序電流保護(hù)、變壓器非電量保護(hù)”。10kV母聯(lián)柜：零序CT的配置要結(jié)合廠用電運(yùn)行方式配置，當(dāng)系統(tǒng)為有效接地運(yùn)行時，即Ⅰ、Ⅲ段母聯(lián)柜的零序CT參數(shù)為100/1A，5P20，15VA，當(dāng)系統(tǒng)為不接地運(yùn)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(hù)一體化裝置，保護(hù)功能有“電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)”。10kVPT柜：配置微機(jī)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(yùn)行方式下的各線路零序CT）、電弧光母線保護(hù)裝置。10kV母線PT的開口三角電壓按100/3V計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)為有效接地運(yùn)行方式時，測控保護(hù)裝置采集電壓時，需作算法處理，當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時，應(yīng)真實(shí)反映PT開口三角電壓值為100V。4.2保護(hù)整定原則1）需要考慮饋線零序保護(hù)和饋線電流保護(hù)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(hù)，保護(hù)動作于跳開相應(yīng)回路的斷路器。3）當(dāng)發(fā)生接地短路，饋線開關(guān)拒動時，進(jìn)線變壓器零序過流將作為后備保護(hù)。4）饋線零序保護(hù)應(yīng)按躲過本線路的對地電容電流整定。5）廠用電運(yùn)行有接地運(yùn)行和不接地運(yùn)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(hù)及其定值在兩種運(yùn)行方式下沒有太大差別，以10kV饋線為例，電流速斷保護(hù)的動作電流按躲過被保護(hù)線路末端短路時流過保護(hù)裝置的最大短路電流整定（即，為可靠系數(shù)，為被保護(hù)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(hù)的動作電流按與下一級電流速斷或限時電流速斷保護(hù)配合、按躲過下一級母線所帶負(fù)荷的自啟動電流計(jì)算。針對不接地運(yùn)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(bào)警。針對有效接地運(yùn)行方式下的單相接地故障，采用測控保護(hù)一體化裝置的零序電流保護(hù)功能進(jìn)行判別，動作電流的整定值按單相接地短路時保護(hù)有足夠靈敏度計(jì)算，并與下一級單相接地保護(hù)定值配合要求，并可靠躲過最大負(fù)荷時的最大不平衡電流值整定（即，為靈敏系數(shù)，為中性點(diǎn)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(xiàng)1）中壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地，由于該系統(tǒng)有中性點(diǎn)接地和不接地兩種運(yùn)行方式，所以要分別考慮兩種運(yùn)行方式下的保護(hù)配置。2）由于中壓廠用電系統(tǒng)兩種運(yùn)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(hù)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(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50064-2014）.北京：中國計(jì)劃出版社，2014.[4]《水力發(fā)電廠過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)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(qiáng).對中壓系統(tǒng)中性點(diǎn)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(diǎn)接地方式選擇綜述.全國電網(wǎng)中性點(diǎn)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(jī)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(yùn)維管理。E-mail：yongchuang_cao@遠(yuǎn)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(yùn)維管理。E-mail：zheng_yuan@趙輝