朱忠亭
(華東電力設(shè)計(jì)院,上海 200063)
為抵消線路電容效應(yīng),防止工頻穩(wěn)態(tài)電壓升高,限制各種短時過電壓,超高壓系統(tǒng)的輸電線路一般均需裝設(shè)并聯(lián)電抗器。并聯(lián)電抗器的裝設(shè)位置與很多因素有關(guān),首先應(yīng)考慮限制工頻穩(wěn)態(tài)過電壓的需要,并結(jié)合限制潛供電流、防止自勵磁、同期并列以及無功補(bǔ)償?shù)确矫娴囊?,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證后確定。對于常見的雙電源系統(tǒng),僅在一端裝設(shè)并聯(lián)電抗器,對另一端工頻穩(wěn)態(tài)過電壓的降低影響很小,此時并聯(lián)電抗器可裝設(shè)在線路中段或分別裝設(shè)在線路的兩端。
隨著廠網(wǎng)分開的逐步深入,在電網(wǎng)公司主導(dǎo)的發(fā)電廠接入系統(tǒng)審查中,對于需要裝設(shè)并聯(lián)電抗器的超高壓輸電線路,一般均要求發(fā)電廠側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電抗器??尚械难a(bǔ)償方案包括:(1)并聯(lián)電抗器“一對一”補(bǔ)償出線;(2)一臺并聯(lián)電抗器集中補(bǔ)償全部出線。而對于大容量發(fā)電廠(尤其是核電廠)出線回路較多,方案(2)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證中具有優(yōu)勢。對于采用3/2接線接入系統(tǒng)的情況,方案(2)中并聯(lián)電抗器可裝設(shè)在母線上或串內(nèi)。從目前的應(yīng)用現(xiàn)狀看,裝設(shè)在母線上比裝設(shè)在串內(nèi)的多。但由于后者具有更高的技術(shù)可靠性和靈活性,仍可在特定工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證中勝出。
本文以某發(fā)電廠(6×1000MW)工程為例,對其采用500 kV串內(nèi)并聯(lián)電抗器后的相關(guān)保護(hù)CT配置進(jìn)行深入研究。
某發(fā)電廠規(guī)劃6臺1000MW發(fā)電機(jī),4回500 kV出線,采用3/2接線,設(shè)母線分段斷路器,集中設(shè)置1臺并聯(lián)電抗器接入串內(nèi)。500 kV主接線見圖1。500 kV升壓站采用絕緣開關(guān)裝置(Gas Insulated Switchgear,GIS)型式,共包括5個完整串,1個不完整串,2個分段斷路器,全站一次性建設(shè)完成。
圖1 500 kV主接線圖
對于500 kV并聯(lián)電抗器,典型的保護(hù)配置方案可參照主變壓器回路,即以雙重化的差動保護(hù)為主保護(hù),并輔以其他后備保護(hù)。保護(hù)CT配置需滿足主保護(hù)和后備保護(hù)的要求,根據(jù)3/2接線的要求,典型的保護(hù)范圍需包括斷路器、分支和電抗器本體。因此,需在相關(guān)的兩個斷路器外側(cè)和電抗器中性點(diǎn)側(cè)配置保護(hù)CT。
典型的保護(hù)CT配置見圖2。
(1)電抗器額定參數(shù)為:
額定容量(Se) 3×60 MVar
額定電壓(Ue) 550/3 kV
額定電流(Ie) 189 A
圖2 典型的保護(hù)CT配置圖
(2)斷路器額定電流為:4000A
斷路器外側(cè)CT額定一次電流根據(jù)斷路器額定電流選定,額定二次電流根據(jù)保護(hù)要求選定。再考慮全站CT的統(tǒng)一性,斷路器外側(cè)CT額定變比確定為5000/1A。差動保護(hù)兩側(cè)CT變比一般要求不超過4倍,故電抗器中性點(diǎn)側(cè)CT額定變比確定為1250/1A。典型的保護(hù)CT參數(shù)見表1。
表1 典型的保護(hù)CT參數(shù)
電抗器中性點(diǎn)側(cè)CT額定變比按照與斷路器外側(cè)CT配合選定,與電抗器額定電流相差較大,因此容量受到限制。
斷路器外側(cè)CT額定變比按照斷路器額定電流選定,與電抗器額定電流相差巨大,是否能滿足保護(hù)采樣和整定的要求需要深入研究。
對應(yīng)電抗器額定電流時,斷路器外側(cè)CT二次側(cè)電流為:
這就要求保護(hù)裝置的采樣精度需滿足準(zhǔn)確測量CT二次側(cè)電流的要求。
根據(jù)DL/T866—2004中相關(guān)要求,TPY級CT(5000/1A)允許有1%的幅值誤差,相應(yīng)一次側(cè)幅值誤差為50 A。實(shí)際應(yīng)用中,總電流幅值誤差既包括CT的幅值誤差、二次回路噪聲和保護(hù)裝置測量誤差。即一次側(cè)總電流幅值誤差應(yīng)大于50 A。而一般電抗器保護(hù)中差動保護(hù)啟動定值設(shè)定為0.3Ie,即:
啟動定值與CT一次側(cè)幅值誤差值(50 A)非常接近,再考慮到二次回路噪聲和保護(hù)裝置測量誤差,保護(hù)的可靠性將難以保證。而如果強(qiáng)行提高啟動定值,則又會導(dǎo)致保護(hù)靈敏性下降。
綜上所述,典型的保護(hù)CT配置方案已無法滿足保護(hù)裝置可靠性和靈敏性的要求,其根本原因在于并聯(lián)電抗器額定電流較小而串內(nèi)可能的穿越電流較大。
為解決典型的保護(hù)CT配置方案中存在的問題,可考慮分段設(shè)置保護(hù)的方案。即獨(dú)立設(shè)置電抗器引線保護(hù)和電抗器本體保護(hù),電抗器引線保護(hù)用于保護(hù)斷路器、分支,電抗器本體保護(hù)用于保護(hù)電抗器本體。
在典型的保護(hù)CT配置方案基礎(chǔ)上,增設(shè)CT41和CT42,裝設(shè)于分支上,同時供電抗器引線保護(hù)和電抗器本體保護(hù)使用。改進(jìn)的保護(hù)CT配置見圖3。
圖3 改進(jìn)的保護(hù)CT配置圖
CT41、CT42的變比與電抗器中性點(diǎn)側(cè)CT31、CT32一致,均為1250/1A,其它CT參數(shù)不變。改進(jìn)的保護(hù)CT參數(shù)見表2。
表2 改進(jìn)的保護(hù)CT參數(shù)
由于電抗器引線保護(hù)和電抗器本體保護(hù)均使用CT41、CT42,因此要求CT41、CT42具有較大的容量。
電抗器引線保護(hù)中差動保護(hù)啟動定值無需考慮電抗器額定電流,只需反映母線故障的短路水平,所以啟動定值可以整定的比較高,一般可取0.5In,即:
啟動定值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CT一次側(cè)幅值誤差值(50 A),即使再考慮二次回路噪聲和保護(hù)裝置測量誤差,保護(hù)的可靠性仍能得到保證。
根據(jù)DL/T866—2004中相關(guān)要求,電抗器本體保護(hù)TPY級CT(1250/1A)允許有1%的幅值誤差,相應(yīng)一次側(cè)幅值誤差為12.5 A。
電抗器本體保護(hù)中差動保護(hù)啟動定值仍設(shè)定為0.3Ie,即:
啟動定值遠(yuǎn)大于CT一次側(cè)幅值誤差值(12.5 A),即使再考慮二次回路噪聲和保護(hù)裝置測量誤差,保護(hù)的可靠性仍能得到保證。
在布置500 kV升壓站設(shè)備時,需要考慮增加CT的布置位置;電抗器引線保護(hù)和本體保護(hù)布置在一面保護(hù)屏中,無需再增加保護(hù)屏。
改進(jìn)的保護(hù)CT配置方案已成功應(yīng)用于某發(fā)電廠中,現(xiàn)場調(diào)試未發(fā)現(xiàn)任何問題,目前運(yùn)行狀況良好。
對于采用3/2接線接入系統(tǒng)的情況,500 kV并聯(lián)電抗器接入串內(nèi)時,由于并聯(lián)電抗器額定電流較小,而串內(nèi)可能的穿越電流較大,造成典型的保護(hù)CT配置方案無法滿足保護(hù)裝置可靠性和靈敏性要求。通過在分支上增加兩組CT,設(shè)置電抗器引線保護(hù)和電抗器本體保護(hù),分別用于保護(hù)斷路器、分支部分和電抗器本體部分,即可滿足保護(hù)裝置的要求。
[1]西北電力設(shè)計(jì)院.電氣工程電氣設(shè)計(jì)手冊電氣一次部分[K].北京:中國電力出版社,1989.
[2]DL/T866—2004,電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則[S].