陳鈺林，趙 強(qiáng)，許再堯

（廣東能源集團(tuán)天生橋一級水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400）

水輪發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的選擇是機(jī)組安全運(yùn)行必須要考慮的因素。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式可分為直接接地、經(jīng)低阻抗接地、不接地或經(jīng)電壓互感器接地、經(jīng)高阻抗接地幾種形式，大容量發(fā)電機(jī)主要采用經(jīng)高阻接地或經(jīng)消弧線圈接地[1～4]。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償接地運(yùn)行后，可能會引起發(fā)電機(jī)出口PT二次側(cè)相電壓不平衡，造成零序電壓保護(hù)有可能動作，因此選擇最佳的消弧線圈運(yùn)行檔位，對發(fā)揮消弧線圈的作用和保護(hù)發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要[5，6]。天生橋一級水力發(fā)電廠（以下簡稱天一電廠）共4臺300 MW水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，采用欠補(bǔ)償方式運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行中發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓均存在偏移，發(fā)電機(jī)出口PT 開口三角處電壓偏高。為了優(yōu)化選擇中性點(diǎn)消弧線圈運(yùn)行檔位，本文以#4發(fā)電機(jī)組消弧線圈的檔位優(yōu)化選擇為例進(jìn)行分析與試驗驗證。

1 發(fā)電機(jī)與消弧線圈技術(shù)參數(shù)

1.1 #4發(fā)電機(jī)電氣主接線

天一電廠#4發(fā)電機(jī)電氣主接線如圖1所示。

圖1 天一電廠#4發(fā)電機(jī)電氣主接線圖

1.2 發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

天一電廠#4發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

項目額定功率額定電壓額定電流頻 率參數(shù)300 MW 18 kV 10 997A 50Hz項目額定容量相 數(shù)功率因數(shù)設(shè)備型號參數(shù)342.86 MVA 3相0.875 SF300-44/12 440

1.3 消弧線圈技術(shù)參數(shù)

天一電廠#4 發(fā)電機(jī)消弧線圈技術(shù)參數(shù)如表2所示。

項目型號額定容量額定端電壓額定電流相數(shù)級次參數(shù)XHDC-210/18 210 kVA 18/3kV 20A單相9項目電壓等級使用條件絕緣等級額定頻率電阻參數(shù)18 kV戶內(nèi)式F 50Hz 40Ω

1.4 #4發(fā)電機(jī)出口PT技術(shù)參數(shù)

#4發(fā)電機(jī)出口PT技術(shù)參數(shù)如表3所示。

項目輸出端子容量額定電壓18 000/3 V AN 100/3 V AN 30VA 100/3 V ANDN 30VA

2 消弧線圈運(yùn)行檔位選取原則

消弧線圈的工作原理是在發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)對地間串接一個電感線圈，補(bǔ)償?shù)窒l(fā)電機(jī)定子繞組對地電容電流。國家標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計規(guī)范》（GB/T50064-2014）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水力發(fā)電廠過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》（NB/T35067-2015）中明確要求：額定電壓為18 kV 的水輪發(fā)電機(jī)組，如果單相接地故障持續(xù)電流大于1 A時，應(yīng)采用中性點(diǎn)諧振接地方式，即中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，且補(bǔ)償后故障點(diǎn)的殘余電流不應(yīng)大于1 A；中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的發(fā)電機(jī)宜采用欠補(bǔ)償方式，在正常運(yùn)行情況下，其中性點(diǎn)長時間電壓位移不應(yīng)超過發(fā)電機(jī)額定電壓的10%，即機(jī)端3 U0應(yīng)不大于1800 V，PT 開口三角形電壓3 U0應(yīng)不大于10 V。

3 消弧線圈運(yùn)行檔位選擇與試驗分析

3.1 消弧線圈容量校核

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線圈的最小容量由式（1）計算：

式中：Un為發(fā)電機(jī)額定電壓，kV；IC為單相接地時的電容電流，A；Uφ為發(fā)電機(jī)額定相電壓，kV；C為發(fā)電機(jī)出口單相等值電容，μF；C1為發(fā)電機(jī)單相對地等值電容，μF；C2為母線對地等值電容，μF；C3為主變低側(cè)對地等值電容，μF；C4為高廠變高壓側(cè)對地等值電容，μF。

查閱電廠相關(guān)資料，#4發(fā)電機(jī)各電容參數(shù)如表4所示。

參數(shù)名稱發(fā)電機(jī)單相對地等值電容C1母線對地等值電容C2主變低側(cè)對地等值電容C3高廠變高壓側(cè)對地等值電容C4測量方法查廠家資料查廠家資料介損電橋測試介損電橋測試電容量/μF 3.65/3 0.00 747 0.03 511 0.009 355

由式（1）計算出消弧線圈最小容量為：S=k×129.6 kVA ( k ＜1 )，因此消弧線圈的最小容量小于129.06 kVA，消弧線圈的額定容量為210 kVA，滿足要求。

實(shí)測消弧線圈電阻器的電阻值為40.5 Ω，符合標(biāo)準(zhǔn)范圍值40±5%Ω的要求。

3.2 消弧線圈檔位選擇試驗內(nèi)容與方法

消弧線圈檔位選擇現(xiàn)場試驗內(nèi)容主要有：①消弧線圈容量校核及消弧線圈電感量測量；②不帶消弧線圈和帶消弧線圈在額定電壓下測量PT 開口三角電壓；③50%額定電壓下發(fā)電機(jī)系統(tǒng)單相接地時電容電流測量；④帶消弧線圈發(fā)電機(jī)單相接地時電容電流和補(bǔ)償后的電流測量；⑤50%額定電壓下發(fā)電機(jī)系統(tǒng)單相接地時3次諧波測量。

其中，50%額定電壓下發(fā)電機(jī)系統(tǒng)單相接地時電容電流測量試驗接線如圖2所示?，F(xiàn)場試驗時處于安全考慮，電流表A1、A2可用鉗形電流表替代。

圖2 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)單相接地時電容電流測量試驗接線圖

3.3 消弧線圈檔位選擇試驗結(jié)果

試驗實(shí)測發(fā)電機(jī)空載額定條件下的零序電壓如表5所示。

消弧線圈帶電阻消弧線圈檔位無消弧線圈1～2檔2～3檔3～4檔4～5檔5～6檔6～7檔7～8檔8～9檔9～10檔消弧線圈不帶電阻3U0 76.8 341.0 482.0 744.0 779.0 400.0 247.0 177.0 130.0 102.0 3W 313.3 288.0 284.0 282.0 281.0 272.0 270.0 264.0 256.0 251.0 3U0 76.8 353.0 532.0 1133.0 1642.0 461.0 253.0 183.0 125.0 101.0 3W 313.3 286.0 285.0 284.0 282.0 272.0 270.0 266.0 258.0 253.0

在50%額定電壓下帶消弧線圈實(shí)測發(fā)電機(jī)單相接地時各檔位補(bǔ)償后的電容電流如表6所示。

消弧線圈檔位1～2 2～3 3～4 4～5 5～6 6～7 7～8 8～9 9～10發(fā)電機(jī)電壓/kV 50%額定電壓50%額定電壓50.2%額定電壓50%額定電壓50.1%額定電壓50%額定電壓50%額定電壓49.9%額定電壓50.1%額定電壓補(bǔ)償后的接地電容電流（電流表A2讀數(shù)）/A 1.48 1.09 0.76 0.65 1.01 1.53 2.13 2.90 3.67消弧線圈電流電流表A1讀數(shù)/A 4.59 4.92 5.46 6.01 6.74 7.26 7.85 8.68 9.46

由表5、表6 數(shù)據(jù)計算可得，發(fā)電機(jī)空載額定條件下的機(jī)端零序電壓與經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后的單相接地電容電流如表7所示。

消弧線圈檔位1～2 2～3 3～4 4～5 5～6 6～7 7～8 8～9 9～10機(jī)端3U0（二次值）/V 3.28 4.64 7.16 7.50 3.85 2.38 1.70 1.25 0.98補(bǔ)償后的單相接地電容電流/A 2.96 2.18 1.52 1.30 2.02 3.06 4.26 5.80 7.34

綜合分析表6、表7數(shù)據(jù)可知：發(fā)電機(jī)出口PT開口三角電壓（3 U0）偏高的最主要原因是由于發(fā)電機(jī)出線三相不平衡度偏大，在不投入消弧線圈時中性點(diǎn)電壓偏移就已經(jīng)達(dá)到了3.033 V。當(dāng)投入消弧線圈后隨著補(bǔ)償度的增加脫諧度減小，PT開口三角處電壓（3 U0）會越來越大[5]，在4-5檔消弧線圈帶電阻器時開口三角電壓3 Uo達(dá)到最大值7.50 V。

3.4 消弧線圈檔位優(yōu)化選擇分析

消弧線圈運(yùn)行檔位的選擇應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的3個條件：①消弧線圈接地補(bǔ)償方式為欠補(bǔ)償方式；②經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后的故障點(diǎn)殘余電流不應(yīng)大于1 A；③發(fā)電機(jī)出口PT開口三角處電壓3 U0電壓小于10 V。

根據(jù)表7中消弧線圈各檔位接地電容電流實(shí)測數(shù)據(jù)可知：消弧線圈1～2檔、2～3檔、3～4檔為欠補(bǔ)償方式運(yùn)行，4～5 檔接近于全補(bǔ)償方式運(yùn)行，5～6 檔、6～7檔、7～8檔、8～9檔、9～10檔為過補(bǔ)償方式運(yùn)行。

為防止傳遞過電壓的影響，應(yīng)選擇消弧線圈欠補(bǔ)償方式。故只能在消弧線圈1～2 檔、2～3 檔、3～4檔、4～5檔中選。

如果以補(bǔ)償后的故障點(diǎn)殘余電流不應(yīng)大于1 A為首要條件，則消弧線圈檔位應(yīng)為4～5檔，此時補(bǔ)償后的單相接地電容電流為0.48 A，但發(fā)電機(jī)出口PT開口三角形電壓3 U0偏大（8.26 V），不利于零序電壓保護(hù)定值的整定。

如果以補(bǔ)償后發(fā)電機(jī)出口PT 開口三角形電壓3 Uo 小于10 V 為首要條件，消弧線圈1～2 檔時，PT開口三角形電壓3U o 為4.167 V 相對較小，但此時補(bǔ)償后故障點(diǎn)的殘余電流為3.32 A，電流偏大不利于發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。

當(dāng)消弧線圈在2～3 檔時，補(bǔ)償后故障點(diǎn)的殘余電流為2.66 A，PT 開口三角形電壓3 Uo 為5.44 V，裕度相對合適。

綜合上述分析，在消弧線圈2～3 檔時補(bǔ)償后故障點(diǎn)的殘余電流大于1 A，但是考慮規(guī)程要求在長時間運(yùn)行時不能大于1 A，即使該發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地故障，發(fā)電機(jī)保護(hù)會快速切除故障（保護(hù)定值2.9 s），不會造成發(fā)電機(jī)的損傷，而零序電壓過大則容易造成發(fā)電機(jī)零序保護(hù)誤動作，不利于零序保護(hù)定值的整定，會對生產(chǎn)運(yùn)行造成不良后果。因此，電廠在不改變原有一次設(shè)備的情況下，#4發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線圈的最優(yōu)運(yùn)行檔位應(yīng)選擇2～3檔。

4 結(jié)語

本文通過分析天一電廠#4機(jī)組實(shí)際情況，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，通過試驗分析驗證，確定了在保持電廠原有一次設(shè)備不改變的情況下，#4發(fā)電機(jī)組消弧線圈最優(yōu)運(yùn)行檔位為2～3檔。