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发电机中性点采用消弧线圈接地的分析及应用

2020-06-20 来源:尚车旅游网
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<宁夏电力>20O6年增刊 发电机中性点采用消弧线圈接地的分析及应用 孙显初 (宁夏大坝发电有限责任公司,青铜峡市751607) 摘要:针对发电机定子绕组单相接地故障所带来的问题,进行相关分析,并根据大坝发电&X ̄ml ̄m4发电 机中性点接地方式由配电变压器改为消弧线圈所遇到的问题,结合l,4发电机的相关参数计算及所进行的定 子接地实验进行应用说明。 关键词:消弧线圈;欠补偿;安全电流;铁心烧损;对地电容 中图分类号:TM3l 文献标识码:B 文章编号:1672—3643{2006)zk-0038-04 Analysis and appHcation of generator neutral point using arc suppression coil grounding SUN Xiau-chu (Ningxia Daba Generation Co.,Ltd.,Qingtongxia 751607,China) 1引言 定子绕组的单相接地(定子绕组与铁心间的绝缘破 坏)是发电机最常见的一种故障,若单相接地故障电流较 大将危及定子铁心,因为过大的电流可能造成铁心的硅钢 片烧接在一起,使故障点的涡流增大,超出原硅钢片的涡 流允许值,进一步发热而造成铁心加剧熔化,最终导致铁 心严重损伤,因大型机组的定子铁心检修较困难,烧损将 造成大的经济损失。由于我国以前生产的汽轮发电机组的 表l 国产汽轮发电机定子绕组对地电容电流及单相接地 最大电容电流 容量(Mw)电压(kV)对地电容( F)单相接地最大电容电流(A) 表l中的单相接地最大电容电流,系发电机中性点不 接地而机端定子绕组单相接地时的接地电流值。 发电机中性点接地方式大多借鉴国外的经验采用经配电 变压器的高阻接地方式,目的是为防止单相接地时的暂态 或动态过电压,防止接地故障转化为相间或匝间短路,根 2安全电流的概念 若接地电流较小将不会造成定子铁心烧损,为确保大 型发电机安全,应使单相接地故障处不产生电弧或者使接 表2发电机的安全允许接地电流值 据国外的研究表明,发电机中性点经高阻RN接地时,要满 足RN≤ 3,才能限制发电机的暂态过电压在2.6U 以 下,因此R 不能太大,接地点故障电流均大于、/ Ic,随着 单机容量的增大,发电机一变压器组网络的三相对地电容 也相应增大,单相接地故障时的电容电流也进一步增大 (国产汽轮发电机定子绕组对地电容电流及单相接地最大 电容电流见表1),若此电容电流全部流经故障点,将烧损 定子绕组绝缘,因此应采取措施减少故障点的电流,保证定 子铷 的安全,而发电机中性点采用消弧线圈(欠补偿)的接 地方式是最佳的方怯。 收稿日期:20(16-09—20 作者简介:孙显初(1972一),男,工程师,从事发电厂继电保护技术管理工作。 ・38・ 维普资讯 http://www.cqvip.com

《宁夏电力)2006年增刊 地电弧瞬间熄灭,这个不产生电弧的最大接地电流成为发 发电机中性点采用消弧线圈接地的分析及应用 电机单相接地的安全电流,发电机定子绕组单相接地故障 电流允许值见表2。 3发电机中性点不同接地方式的分析和对比 为便于分析,在下面的分析中假设发电机一变压器组的 三相对地电容相等且等效在发电机机端,单相接地发生在 (。)系统图及接地电容电流流向示意图 机端且为金属性接地,消弧线圈为纯电感。 (1)发电机中性点不接地或经高阻接地,正常运行时 中性点电压为零,在三相对称电压的作用下,对地电容电流 均匀分布在发电机变压器组网络中,如图1所示。 』 (a)系统图 0.=“ (b)向量图 图I发电机中性点不接地(或经商阻接地)正常运行时 电压和电容电流 (2)发电机中性点不接地或经高阻接地,当机端发生 单相接地时,其中接地相的对地电压为0,其余两相的对地 电压升高为线电压,流过故障点的电流为非故障相的对地 电容电流之和,如图2所示。 (3)发电机中性点经消弧线圈接地,在正常情况下中 性点电压为零,不产生感性电流,在三相对称电压的作用 下,对地电容电流均匀分布在发电机变压器组网络中;当发 生定子绕组的单相接地故障时,中性点对地的电压将升高, 而产生感性电流,补偿流过故障点的容性电流,若电感量选 择合适,可将接地电流限制在安全电流以下。图3为发电机 中性点采用消弧线圈(欠补偿)接地时发生单相接地时的电 流分布示意图。 (4)经过以E分 可看出中性 弧线圈接_她的优点: ①保证发生定子绕组单相接地时定子铁心的安 全性; ②因发生定子绕组单相接地不会造成定子铁心的损 伤,因而定子绕组单相接地保护可只投信号,发生定子接地 故障后可实现平稳停机,避免机组在满负荷时突然跳f罚对 电网和机组造成的冲击。 l‘ I。+I。 (b)向量图 图2发电机中性点不接地(或经商阻接地)发生单相接地 故障时电压和电容电流 L一……一……J……一J~…J — (a)系统图及接地时感性和容性电流流向示意图 (b)向量图 图3发电机中性点经消弧线圈接地(欠补偿)发电机出口 发生单相接地时的电压和电容电流 4发电机中性点消弧线圈的补偿方式及原因 配电网中采用的消弧线圈为防止发生谐振,一般采 用过补偿方式,主要是防止随着负荷的变化而发生谐 振。但发电机必须采用欠补偿方式,主要是因为采用欠 补偿与采用过补偿相比可防止发生高压侧接地时产生 的传递过电压,其次因为发电机一变压器组网络的对地 电容是固定的,不存在投切负荷导致的对地电容的改 变。不会产生谐振。 5发电机中性点消弧线圈感抗值的确定 在停机时测量发电机一变压器组网络对地电容,分别测 量发电机三相对地电容、主变低压侧对地电容、厂高变高压 -39・ 维普资讯 http://www.cqvip.com

《宁夏电力}2006年增刊 侧对地电容及三相分相封闭的对地电容,根据所测得的发 发电机中性点采用消弧线圈接地的分析及应用 结合以上计算,消弧线圈运行在5.6、7档时可同时满 足欠补偿和发电机单相接地时故障点的电流在1A以下, 实际的档位要通过试验来验证。 6.2定子接地试验 6.2.1试验目的 ・ 变组网络的对地电容值提供给生产消弧线圈的厂家,根据 发变组网络的对地电容值,厂家根据公式 r, . 3 一・ “,L ≤1.0(A) I 。 ( 为以上所述的对地电容之和),并充分考虑测量误差的 (1)测量发电机中性点经消弧线圈不同档位接地时机 端单相接地的接地电流; (2)确定消弧线圈分接头档位。 6.2,2试验接线 影响,确定出消弧线圈的电感量,生产出可选档位的消弧线 圈,并通过实际的定子接地实验来确定最终的档位。实际应 用中为避免谐振状态,消弧线圈应有一定的电阻。 6发电机中性点采用消弧线圈实际应用 6.1 发电机变压器组对地电容的测量和计算 型号:QFS2—300-2;电压:2O kv。 经测量得发电机一变压器组网络分布电容为: 发电机三相对地电容:c,=0.6p.F; 主变低压侧对地电容:c。=0.027 ̄F; 厂高变低压侧对地电容:c:=0.015 lF。 三相分相封闭母线(包括厂高变高压侧)对地电容: Cs=0.O14/ ̄F; 图4定子接地试验接线 机端接地试验的试验接线见图4,接地点选在A相出 口处。图中:LH2、LH广电流互感器,变比5/5,0.5级;A1、 A2一电流表;PB—击穿间隙,整定值1000V;D工 试验用 接地开关。另外还需钳形相位表,其“ 端分别接图4中 L 和 的“ ”处,测量LH:和LH.之间的相位,以确认 消弧线圈的运行档位是处于欠补偿。 发电机出口三组电压互感器的—次绕组对地电容可忽略。 所以当发电机出口发生单相接地时,接地点的故障电 流为: ,c: xl嘞 ×(cs+C1 4- 6.2.3发电机定子机端单相接地试验 根据前面的试验数据和理论估算,消弧线圈分接头档 ,c: X/3 xlOJx314×(0.6+0.027+0.015+0.014)=2.3(A) 位置于第6档、第7档时满足欠补偿方式条件且接地电流 相对较小,故定子接地试验只进行第6,7档位的试验,若与 根据提供的发电机一变压器组网络分布电容,生产厂家 制造的 发电机中性点消弧线圈的相关参数如表3所示。 裹3 理论计算值一致或接近,选择一合适的档位将消弧确定于 此档位,若与理论计算值相差较大,则再进行其它档位的试 验,以确定最终的档位。 为保证定子接地试验的安全性,进行定子接地试验时 发电机电压最高升到12 kv左右, 升到额定值(20 kV), 因接地电流与发电机出口电压为线性关系,通过试验可验 证接地电流与发电机出口电压之间的线性关系,并可进行 额定值时接地电流的推算。 发电机稳定在额定转速3000r/airn,将消弧线圈分接头 档位置于第6和第7档时,在机端A相接地的情况下,分 别升发电机电压在4 kV、6 kV、8 kV、10 kV.12 kV左右时 的值,读取电流表的数值、发电机电压和接地电流与感性电 裹4 ・40・ 维普资讯 http://www.cqvip.com

《宁夏电力))2006年增刊 流之间的数据如表4所示。 6.2.4试验数据分析 发电机中性点采用消弧线圈接地的分析及应用 7结束语 (1)发电机中性点采用消弧线圈欠补偿的接地方式理论 根据以上数据,可计算出在第6档时发电机出El电压 与接地电流的比值在28.2~3O.8之间,第7档时发电机出口 电压与接地电流的比值在38.8 5.6之间,由于表计误差、 电流表量程等因素,可认为发电机出El电压与接地电流在 上可在发生定子绕组单相接地时保证定子绕组铁心的安全; (2)发电机中性点采用消弧线圈欠补偿的接地方式试 验与理论基本一致.可保证运行中定子绕组单相接地时定 子绕组铁心的安全; ・ (3)发电机中性点采用消弧线圈欠补偿的接地方式应 任一档位时为线性关系,可推算出各档位在发电机电压为 20 kV(额定)和22 kV(最大)时的机端金属性单相接地在 欠补偿状态时的接地电流如表5所示。 在火电机组中推广,投资小,效果好。 表5 参考文献: [1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用.北京:中国电力出 版社,1996. 充分考虑误差的影响,最后确定:消弧线圈调整于第7档。 [2]马长贵.继电保护基础.水利电力出版社,1986. 若消弧线圈为纯电感,则A1与A2的相位在欠补偿时的 [3]李玉海,刘昕,李鹏.电力系统主设备继电保护试验.北京:中 相位为0。,但因消弧线圈有一定的电阻,所以在欠补偿状态下 国电力出版社,2005. 接地电流A1和补偿电流A2之间的相位差在 之间。 [4]消弧线圈试验证明书.辽宁省阜新变压器厂. (上接第4页) 实况气象数据及未来一日到多日的气象预报数据。 预测系统必须具备坏数据辨识和修正的功能。 (6)与气象部门联系,实现网络登录市气象台气象预 5 预测中特殊问题的解决方案 报,采集系统,采集前一日实况气象数据及未来一日到多日 的气象预报数据功能。 (1)根据银南电网的负荷特点,可利用系统对负荷进 (7)结合银南电网实际,提高运行方式编制质量,在检 行分类。将高耗能、扬水负荷等从全网负荷中剥离出来,既 修安排上,协调好线路、变电、用户的检修工作,确保检修工 有分量曲线,也有总量曲线。可以方便、直观的了解它们的 作能够及时、安全,减少重复停电;在调度操作上,能够合环 变化趋势和规律。及时了解负荷结构情况.比如说主要用电 操作的,坚决不停电操作,尽量多供电。减少停电对用户造 大户负荷、居民生活用电负荷及其他一些工厂及机关事业 成的损失。 单位的用电负荷情况。 (2)与主要用电大户∞:高耗能、工业、扬水等滏订调度 6结束语 协议,及时掌握大用户的生产安排情况,和负荷变化规律。 (3)逐步开展负荷自报工作,要求用户人员有比较高 随着电力系统朝着市场化运营的方向发展,电力系统 的业务素养。同时,必须有一定的经济手段促使用户主动自 负荷预测也将面临许多新的问题。比如,实行分时电价,则 觉地上报准确的数字,这些经济手段主要是电价调整和其 会产生“削峰填谷”的效果,但电力用户的电力消费模式又 它的奖惩措施 只有充分调动用户的积极性,用户才会加强 将发生什么样的变化,暂时谁也无法预料。只有不断地改 人员的培训,并积极参与。可以预计,自报负荷可以作为电 进和完善负荷预测的手段,在对用户负荷变化规律及结构 力系统DSM管理的重要内容,在未来的电力市场体制中会 特点的分析、研究等方面进一步深化管理,同时与用电、计 有很强的生命力。 划部门密切配合,使负荷预测的精确度不断提高。进一步 (4)掌握一些特殊日的负荷变化情况,根据这些情 完善负荷预测软件的功能。负荷预测工作现在才刚刚开 况,在负荷预报上尽量考虑这些因素,以提高负荷预测的 始,今后的要求也许会越来越高,除了做好负荷预测基础 精确度。 工作外,负荷预测软件是我们的主要工具,目前负荷预测 (5)负荷数据是负荷预测系统建立算法模型的基础, 软件普遍存在缺陷,主要是预测精确度不够,今后应加强 其数据质量的好坏直接决定负荷预测准确率的高低。负荷 研究开发工作。 ・41・ 

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