阿爾塔什水電站220kV母聯(lián)回路電流互感器的設(shè)計

汪 棟

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

通過對阿爾塔什水電站在不同時期、不同穿越功率的情況進(jìn)行分析，以220 kV母聯(lián)回路為例，選擇出該回路測量、保護(hù)用電流互感器的基本參數(shù)，并對其性能進(jìn)行驗(yàn)算。圖1幅。

水電站；電流互感器；最大負(fù)荷電流計算；容量計算；準(zhǔn)確級選擇；性能校驗(yàn)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程位于葉爾羌河干流山區(qū)河段上，是葉爾羌河干流山區(qū)河段的控制性水利樞紐工程，是1座具有防洪、灌溉和發(fā)電等綜合利用任務(wù)的水利工程。電站總裝機(jī)容量755 MW，主電站裝機(jī)采用4臺175 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組(cosφ=0.9)，生態(tài)電站裝機(jī)采用2臺27.5 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組(cosφ=0.85)。

電站廠區(qū)所處山區(qū)位置地形陡峭，采用戶外敞開式開關(guān)站時開挖量很大(約170萬m3)、地震烈度高(Ⅸ度)、風(fēng)沙大(設(shè)備工作環(huán)境較差，運(yùn)行維護(hù)工作量大)，在初步設(shè)計階段時經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，高壓配電裝置選用GIS。

根據(jù)電站接入系統(tǒng)的要求，主電站和生態(tài)電站每臺發(fā)電機(jī)與主變壓器均采用單元接線。生態(tài)電站高壓側(cè)采用單母線接線，電能以1回220 kV線路送至主電站后打捆送出；主電站高壓側(cè)采用雙母線接線，出線4回 (其中2回至750莎車變，導(dǎo)線為LGJ—2×400，每回長約65 km；另2回出線1回至下游待建的鏨高水電站，1回備用)，另在阿爾塔什水電站220 kV母線上加裝1組30 Mvar高壓電抗器。

2 最大負(fù)荷電流計算

電流互感器的一次電流由電流互感器所在回路的實(shí)際最大負(fù)荷電流來決定。

根據(jù)電站接入系統(tǒng)報告中“葉爾羌河下游水電站的聯(lián)合送出方案”，鏨高和恰木薩水電站的計劃投產(chǎn)發(fā)電時間相差不長，依扎克水電站建成的時間相對較晚。因此，阿爾塔什水電站電能送出近期需考慮本電站+生態(tài)電站電能的打捆送出，輸送的最大功率為755 MW，計算出一次電流為2 211 A；中期需考慮鏨高和恰木薩水電站水電站在自身送出線路檢修或故障時經(jīng)本電站220 kV側(cè)送出的工況。因葉爾羌河下游河段梯級電站均在每年豐水期(7、8月份)有裝機(jī)容量100%出力的情況，其余月份出力均較低(一般不超過裝機(jī)容量的40%)，電力公司可在每年的豐水期之前對送出線路進(jìn)行檢修以預(yù)防故障。故在進(jìn)行一次電流計算時不考慮梯級電站滿載運(yùn)行時的功率穿越，此時輸送的功率按全部負(fù)荷的40%計算為457.2 MW，計算出電流為1 364 A。因依扎克水電站目前還處于規(guī)劃階段，遠(yuǎn)期考慮到其2/3電能經(jīng)本電站送出，輸送的最大容量為915 MW，計算出電流為2 691 A(見圖1)。

圖1 葉爾羌河下游水電站的聯(lián)合送出方案

3 電流互感器參數(shù)選擇

3.1 一次電流選擇

根據(jù)計算出的母聯(lián)回路工作電流可以看出，電站在不同時期運(yùn)行時的最大負(fù)荷電流分別為2 211、1 364、2 691 A，設(shè)計選擇復(fù)變比電流互感器以方便電站后期靈活運(yùn)行。母聯(lián)回路中僅測量、保護(hù)用電流互感器。對于某些指示儀表，為使儀表在正常運(yùn)行時指示在刻度標(biāo)尺的3/4左右，并且過負(fù)荷運(yùn)行時能有適當(dāng)指示，可選用Ipn≥1.25Ib；其中Ib為一次設(shè)備的額定電流或線路最大負(fù)荷電流[1]。目前，220 kV電流互感器二次回路選用電子式儀表，不再使用機(jī)電式儀表，故選擇電流互感器時可根據(jù)“電流互感器額定一次電流應(yīng)接近但不低于一次回路正常最大負(fù)荷電流”選擇。

設(shè)計選擇電流互感器一次電流時選擇1.15的系數(shù)，選擇出測量、保護(hù)用電流互感器的一次額定電流1 600～3 200 A。因電站每年大部分月份出力較小，為保證測量的精確性，增加800 A二次抽頭作為電站在出力較小方式下運(yùn)行時的測量用電流互感器額定一次電流。故選擇測量用電流互感器的一次側(cè)電流變比組合800～1 600～3 200 A，選擇保護(hù)用電流互感器的一次側(cè)電流變比組合1 600～3 200 A。

3.2 二次電流選擇

電流互感器額定二次電流可以采用1 A，也可以選擇5 A。對于新建發(fā)電廠和變電所，有條件時電流互感器額定二次電流宜選用1 A。

綜合以上因素考慮，對新建的阿爾塔什水電站，選擇電流互感器的額定二次電流為1 A更為合適。

有科學(xué)家表示，北冰洋海冰融化將對中國的氣候系統(tǒng)有重大影響，北冰洋氣候系統(tǒng)與我國氣候系統(tǒng)是上下游關(guān)系，北冰洋面積大幅減少的年份我國冬季發(fā)生嚴(yán)寒天氣的概率較高，兩者呈現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)上的正相關(guān)性。

3.3 二次負(fù)荷選擇及容量計算

電流互感器的二次回路中所串的負(fù)載一般是電流表以及繼電器等元件中的電流線圈。根據(jù)《電流互感器和電壓互感器選擇及計算導(dǎo)則》(DL 866—2004)，一般工程驗(yàn)算可忽略負(fù)荷阻抗之間的相位差，電流互感器二次負(fù)荷Zb可按下式計算：

Zb=ΣKmcZm+K1cZ1+Rc

式中，Zm為儀表電流線圈的阻抗(Ω)；Z1為連接導(dǎo)線單程的阻抗，一般可忽略電抗，僅計及電阻(Ω)；Rc為接觸電阻，一般為0.05～0.1 Ω；Kmc為儀表接線的阻抗換算系數(shù)；K1c為連接線的阻抗換算系數(shù)。

測量用電流互感器二次繞組所接入的負(fù)荷(包括測量儀表、電能計量裝置和連接導(dǎo)線等)應(yīng)保證實(shí)際二次負(fù)荷在25%～100%額定二次負(fù)荷范圍內(nèi)，設(shè)計選擇電流互感器二次額定負(fù)荷時一般選擇1.5～3的系數(shù)，本工程選擇測量用電流互感器容量20 VA。

同樣計算出保護(hù)用電流互感器的二次負(fù)荷：

本工程選擇保護(hù)用電流互感器容量30 VA。

3.4 準(zhǔn)確級選擇

依照測量用電流互感器在實(shí)際二次負(fù)荷下的準(zhǔn)確等級應(yīng)與配套使用的測量儀表的準(zhǔn)確等級相適應(yīng)的原則，根據(jù)電站接入系統(tǒng)報告的要求及電站所配置測量儀表準(zhǔn)確級參數(shù)，最終選擇220 kV母聯(lián)回路測量用電流互感器的準(zhǔn)確級為0.5。

4 性能驗(yàn)算

4.1 P類電流互感器的一般驗(yàn)算

(1)電流互感器的額定準(zhǔn)確限值一次電流Ipal應(yīng)大于保護(hù)校驗(yàn)故障電流Ipcf，必要時，還應(yīng)考慮互感器暫態(tài)飽和影響;即準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf應(yīng)大于KKpcf(K為用戶規(guī)定的暫態(tài)系數(shù)，本工程計算取K=2)。計算得：Ipal=1 600×30=48 kA，Ipcf=22.13 kA，滿足要求；Kalf=30，KKpcf=2×14=28，滿足要求。

4.2 P類電流互感器的額定二次極限電動勢驗(yàn)算

(1)P類電流互感器的額定二次極限電動勢(Esl)為(二次負(fù)荷僅計及電阻)：Esl=KalfIsn(Zct+Zbn)=30×1×(6+30)=1 080 V。

(2)繼電保護(hù)動作性能校驗(yàn)要求的二次感應(yīng)電動勢(Es)為：Es=KKpcfIsn(Zct+Zb)=2×14×1×(6+13.05)=533.4 V。

(3)電流互感器的額定二次極限電動勢應(yīng)大于保護(hù)校驗(yàn)要求的二次感應(yīng)電動勢，即：Esl≥Es，滿足要求。

5 結(jié) 語

在對阿爾塔什水電站220 kV電流互感器的基本參數(shù)進(jìn)行選擇時，以比較具有代表性的母聯(lián)回路為例，選擇出該回路測量、保護(hù)用電流互感器的基本參數(shù)；選擇過程中著重考慮了220 kV母線上的近期、中期和遠(yuǎn)期存在的穿越功率對母線最大電流的影響，選擇出電流互感器的額定一次電流。同時，為保證電站在出力較小工況下測量用電流互感器的精確性，選擇出合理的二次抽頭，進(jìn)而選擇出電流互感器的復(fù)變比，并對保護(hù)用電流互感器進(jìn)行了性能驗(yàn)算。

[1] DL 866—2004，電流互感器和電壓互感器選擇及計算導(dǎo)則[S]．

[2] 沙玉洲，袁 韜，王 騫，等．電流互感器技術(shù)參數(shù)選擇問題的探討[J]．電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2009，21(2)：126_128.