某水电站中压厂用电系统中性点设备计算选型分析

某水电站中压厂用电系统中性点设备计算选型分析

Summary：近年来，水电站中压厂用电系统陆续采用中性点经低电阻接地的方式，由于引自地方变电站的备用电源为不接地系统，从而造成中压厂用电系统具有中性点接地和不接地两种运行方式，通过对中压厂用电系统中性点设备计算选型分析，考虑不同运行方式下的保护配置，确保中压厂用电系统安全稳定运行。Keys：水电站；中压厂用电；低电阻接地；计算选型；保护配置。：TV743：A：1.中压厂用电系统概况某水电站设2台高压厂用变压器，分别从1、3号主变压器低压侧引接厂用电源，容量均为8000kVA，变比均为18/10.5kV。另外，从保留的施工变电站I、Ⅱ段母线各引接1回10kV电源作为厂用电的备用和保安电源。10kV母线分3段，3段母线通过母联断路器连接。正常情况下，由2台高压厂用变压器自18kV降至10kV形成2段工作母线(第Ⅰ和第Ⅲ段母线)，并由Ⅰ段母线带Ⅱ段母线，供电站的全部厂用负荷；外来2回10kV备用电源接入Ⅱ段母线，作为电站备用电源。电站中压厂用电系统采用中性点经低电阻接地方式，2台高压厂用变压器的接线组别采用∆-Y接线，高压厂用变压器低压（10kV）侧中性点经低电阻接地。2.设备选型2.1接地电阻器选择根据国网新源控股有限公司企业标准《水电站厂用电系统接地方式技术导则（试行）》（Q/GDW4610023—2018）对接地电阻器选择如下：1）额定电压电阻器额定电压为中压厂用电系统额定相电压，即UN=kV。2）电阻值中性点接地电阻器的阻值按下式计算：RN=式中：RN——中性点接地电阻值（Ω）；UN——系统额定相电压（V）；Id——选定的单相接地电流（A）。电阻电流应不小于2倍电容电流，并且单相接地故障总电流值应使保护装置准确且灵敏地动作于跳闸[1-3]。Id一般选择100~200A。电阻器在25℃时的电阻值偏差应在±5%范围内。在一台高厂变带10kV三段母线情况下，单相接地故障电容电流最大，约为35A，按不小于2倍电容电流取单相接地故障电流为100A。故RN=，电阻值取60Ω。3）额定发热电流电阻器额定发热电流选用100A。4）额定时间电阻器额定时间选用10s。5）电阻元件为确保在工作温度范围内的电气和机械稳定性，电阻器中的电阻元件材料采用不锈钢材质。6）绝缘水平电阻器的工频耐压值：42kV。7）温升电阻器10s允许温升不超过760K。2.2接地电阻器连接电缆选择按本工程单相接地故障电流值取100A，并考虑一定裕量，选择10kV非磁性铠装电力电缆，型号为ZC-YJV62-8.7/15-1×35。2.3零序CT选择零序CT可选用电缆型零序电流互感器，互感器内径应大于所接电力电缆外径，并留有安装裕量。针对接地运行方式下的零序CT，其额定一次电流可按系统接地电阻电流值选择，即100/1A，准确级为5P20，容量为5VA。针对不接地运行方式下的零序CT，是与小电流接地选线装置配合使用，其额定一次电流应保证不接地系统最大接地电容电流在电流互感器线性范围内[4-6]，故可选用50/1A，准确级为5P20，容量为5VA。3.10kV系统短路电流计算电站厂高变高压侧接有限流电抗器，根据厂家提供的资料，限流电抗器的额定电压为18kV，电抗百分比为2%；厂高变额定容量为8000kVA，额定电压为18±2×2.5%/10.5kV，短路阻抗为8%；忽略系统及电缆阻抗，估算厂高变低压侧（10kV系统侧）三相短路电流如下[7-8]：取基准容量Sj=10MVA，基准电压Uj=10kV，高压侧额定电流经计算为256A，则：限流电抗器电抗标幺值为：=0.081；厂高变电抗标幺值为：=0.1；总电抗为Z=0.081+0.1=0.181；故厂高变低压侧（10kV侧）三相短路电流为=3.13kA。4.保护配置正常运行时，10kVⅠ、Ⅲ段母线独立运行，且Ⅰ段带Ⅱ段母线；中压厂用电系统为低电阻接地运行方式。当Ⅰ、Ⅲ段母线都失电时，由10kVⅡ段带Ⅰ、Ⅲ段负荷，中压厂用电系统为不接地运行方式。4.1保护配置高厂变：在高厂变中性点侧配置2个零序CT，参数为100/1/1A，5P20/0.5，15/15VA，保护级CT用于高厂变低压侧单相接地时的零序电流保护。基于目前高厂变已配置了“纵联差动保护、过电流保护、过负荷保护、非电量保护”，鉴于保护产品为标准定型产品，已与保护厂家进行确认，高厂变保护装置具备“零序电流”保护功能，无需单独增加零序电流保护装置。10kV进线柜：高厂变低压侧10kV进线柜和施工变外来10kV电源进线柜采用测控保护一体化装置，保护功能有“过电流保护、过负荷保护”。10kV馈线柜：馈线零序CT的配置要结合厂用电运行方式配置，当系统为有效接地运行时，零序CT参数为100/1A，5P20，15VA，当系统为不接地运行时，零序CT参数为50/1A，5P20，15VA。10kV馈线采用测控保护一体化装置，保护功能有“电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、零序电流保护”。10kV电动机馈线柜：上库充水泵电机馈线零序CT的配置要结合厂用电运行方式配置，当系统为有效接地运行时，零序CT参数为100/1A，5P20，15VA，当系统为不接地运行时，零序CT参数为50/1A，5P20，15VA。10kV电动机馈线柜采用测控保护一体化装置，保护功能有“电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、零序电流保护、低电压保护、电机堵转保护、断相保护、电机过热保护”。10kV厂用变压器柜：10kV侧零序CT的配置要结合厂用电运行方式配置，当系统为有效接地运行时，零序CT参数为100/1A，5P20，15VA，当系统为不接地运行时，零序CT参数为50/1A，5P20，15VA。厂用变低压侧中性点设置零序CT，用于厂用变低压侧单相接地保护。10kV厂用变压器柜采用测控保护一体化装置，保护功能有“电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、10kV侧零序电流保护、低压侧零序电流保护、变压器非电量保护”。10kV母联柜：零序CT的配置要结合厂用电运行方式配置，当系统为有效接地运行时，即Ⅰ、Ⅲ段母联柜的零序CT参数为100/1A，5P20，15VA，当系统为不接地运行时，即Ⅱ、Ⅰ段母联柜和Ⅱ、Ⅲ段母联柜的零序CT参数均为50/1A,5P20,15VA。10kV母联柜采用测控保护一体化装置，保护功能有“电流速断保护、过电流保护、零序电流保护”。10kVPT柜：配置微机消谐装置（监测母线PT的开口三角电压）、小电流接地选线装置（接不接地运行方式下的各线路零序CT）、电弧光母线保护装置。10kV母线PT的开口三角电压按100/3V计，当系统为有效接地运行方式时，测控保护装置采集电压时，需作算法处理，当出现单相接地故障时，应真实反映PT开口三角电压值为100V。4.2保护整定原则1）需要考虑馈线零序保护和馈线电流保护在时间上和定值上配合。2）厂用变及厂用馈线中配置零序过流保护，保护动作于跳开相应回路的断路器。3）当发生接地短路，馈线开关拒动时，进线变压器零序过流将作为后备保护。4）馈线零序保护应按躲过本线路的对地电容电流整定。5）厂用电运行有接地运行和不接地运行两种方式，主要故障（如三相短路，两相短路，两相接地短路）配置的保护及其定值在两种运行方式下没有太大差别，以10kV馈线为例，电流速断保护的动作电流按躲过被保护线路末端短路时流过保护装置的最大短路电流整定（即，为可靠系数，为被保护线路末端三相短路电流一次值，为电流互感器变比）；限时电流速断保护的动作电流按与下一级电流速断或限时电流速断保护配合、按躲过下一级母线所带负荷的自启动电流计算。针对不接地运行下的单相接地故障，通过小电流接地选线装置自动判别接地线路或母线并报警。针对有效接地运行方式下的单相接地故障，采用测控保护一体化装置的零序电流保护功能进行判别，动作电流的整定值按单相接地短路时保护有足够灵敏度计算，并与下一级单相接地保护定值配合要求，并可靠躲过最大负荷时的最大不平衡电流值整定（即，为灵敏系数，为中性点接地电阻的阻值，为馈线额定电压，为零序电流互感器变比）。5.注意事项1）中压厂用电系统中性点经低电阻接地，由于该系统有中性点接地和不接地两种运行方式，所以要分别考虑两种运行方式下的保护配置。2）由于中压厂用电系统两种运行方式下的单相接地故障电流不同，所以需要配置2个不同变比的零序电流互感器。Reference：[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用（第二版）.北京：中国电力出版社，2002.[2]要焕年.电力系统谐振接地[M].北京：中国电力出版社，2000.[3]《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T50064-2014）.北京：中国计划出版社，2014.[4]《水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则》（NB/T35067-2015）.北京：国家能源局，2015.[5]刘长武，刘书玉，张鑫等.大型抽水蓄能电站中压厂用电系统接地方式的抉择.水电与抽水蓄能，2018，4（3）：23-30.[6]刘雪峰，王志强.对中压系统中性点接地方式的探讨[J].电力设备，2007（11）：59-61.[7]弋东方.中压电网中性点接地方式选择综述.全国电网中性点接地方式与接地技术研讨会论文集，2005，6.[8]张鑫，任刚，刘长武，刘书玉.水电站中压厂用电系统接地方式研究.水电站机电技术，2018,41（8）：28-32.曹永闯（1987—），男，工程师，主要研究方向：抽水蓄能电站工程技术研究及运维管理。E-mail：yongchuang_cao@远征（1992—），男，助理工程师，主要研究方向：抽水蓄能电站工程技术研究及运维管理。E-mail：zheng_yuan@赵辉