大型發(fā)電機中性點配電變壓器電阻接地選型設(shè)計

張 健

(南京汽輪電機(集團)有限責任公司，江蘇 南京 210000)

1 大型發(fā)電機中性點配電變壓器電阻接地選型設(shè)計應(yīng)遵循的原則

1.1 負載電阻設(shè)計應(yīng)遵循的原則

對于采用經(jīng)配電變壓器電阻接地這種方法的大型發(fā)電機而言，為了有效抑制可能出現(xiàn)的間歇性單相接地故障重燃弧引發(fā)的尖峰過電壓現(xiàn)象，只有在負載電阻折算到一次側(cè)后的阻值與發(fā)電機定子側(cè)系統(tǒng)對地電容的容抗保持基本相等時，才能將該電壓值控制在2.6倍的相電壓峰值范圍內(nèi)。但在一切特殊的情況下，電阻值的選擇會突破這一范圍的限制。上文中提到的電容主要指的是發(fā)電機定子繞組和定子繞組直接相連的設(shè)備對地電容，其中有發(fā)電機出口至其他連接設(shè)備之間連線的對地電容、發(fā)電機定子繞組的對地電容、勵磁變高壓側(cè)繞組的對地電容、斷路器對地電容等。

1.2 接地變壓器電壓變比的設(shè)計原則

當大型發(fā)電機出現(xiàn)金屬性接地故障之后，其中性點電壓將在短時間內(nèi)被抬高到相電壓，為了應(yīng)對這一情況，接地變壓器高壓側(cè)的電壓通常設(shè)定為發(fā)電機的額定相電壓或是線電壓。此外，針對可能出現(xiàn)的電壓波動現(xiàn)象，還需要留出一定的余裕，這樣可以有效地避免接地變壓器出現(xiàn)飽和。除此之外，為了保障二次設(shè)備的安全性，發(fā)電機端出現(xiàn)金屬性接地故障之后，必須要將接地變壓器低壓側(cè)的電壓控制在100～500V范圍內(nèi)，因此最好選擇低壓側(cè)的額定電壓。需要特別注意的是，在發(fā)電機裝設(shè)了外加低頻電源式定子接地保護的情況下，也應(yīng)對接地變壓器低壓側(cè)額定電壓進行適當?shù)膮f(xié)調(diào)，實現(xiàn)二者的相互配合。

1.3 負載電阻容量、接地變壓器的設(shè)計原則

接地變壓器以及負載電阻容量的設(shè)計需要按照發(fā)電機額定運行時機端發(fā)生短時金屬性接地故障的情況進行設(shè)計。通常來講，定子接地保護跳閘的延時時間不應(yīng)超出4s。而且即使是在跳閘之后，發(fā)電機的勵磁電流也難以立刻降為零，所以還需要在4s的基礎(chǔ)上做出適當?shù)难娱L，留出一定的緩沖空間，選擇范圍在20～60s之間。

2 大型發(fā)電機中性點配電變壓器電阻接地選型設(shè)計

為了應(yīng)對定子單相接地故障狀態(tài)下電容電流過大的問題，中性點經(jīng)配電變壓器電阻接地的方式獲得了廣泛的應(yīng)用，在實際工作中，高阻抗變壓器的應(yīng)用較多，其原理是變壓器內(nèi)在電抗生成的電感性電流可以對故障電容的電流進行部分補償，這樣不僅可以有效抑制故障暫態(tài)過電壓，同時還可以將接地故障電流限制在可以接受的范圍內(nèi)。

當故障暫態(tài)過電壓威脅到大型發(fā)電機的定子繞組安全時，接地裝置在中性點對地電壓作用下投入工作，此時變壓器二次側(cè)所帶負載電阻產(chǎn)生有功功率損害，可以對事故暫態(tài)過電壓形成抑制作用，避免發(fā)電機定子繞組被擊穿。與此同時，繼電保護電路將從變壓器的二次側(cè)獲取到事故信號和工作電源，聯(lián)動斷路器進行跳閘動作，將發(fā)電機組切除，如此就可以將事故的影響控制在較小的范圍內(nèi)。

結(jié)合工作實踐，發(fā)行發(fā)電機中性點接地裝置設(shè)計的內(nèi)容包括電氣參數(shù)計算、設(shè)備容量計算、選型以及結(jié)構(gòu)設(shè)計等，各類設(shè)備的配置是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文這一部分將主要對接地變壓器阻抗以及負載電阻的參數(shù)計算進行分析研究。

2.1 發(fā)電機參數(shù)介紹

2.2 接地變壓器參數(shù)介紹

2.3 負載電阻設(shè)計

大型發(fā)電機中性點配電變壓器負載電阻是二次側(cè)電阻器電阻和變壓器內(nèi)阻之和歸算至一次側(cè)的電阻值，需要按照發(fā)電電壓系統(tǒng)三相對地容量值進行初選，為288.47Ω。之后按照個參數(shù)對各個部位的電流值進行計算，將計算結(jié)果和設(shè)計條件進行對照后發(fā)現(xiàn)，接地故障電流即電容性電流已經(jīng)超出了要求范圍，在這樣的情況下就需要對初選參數(shù)進行調(diào)整。

通過對接地故障電流、變壓器阻抗以及負載電阻之間關(guān)系的分析，在設(shè)計參數(shù)取值范圍內(nèi)，接地故障電流會隨著變壓器阻抗電壓百分比的提高而降低，這是因為變壓器產(chǎn)生的電感性電流可以有效地抵消接地故障電流。另一方面，接地故障電流會隨著負載電阻的降低而降低，其原因在于電阻的減少會使接地裝置的總體阻抗出現(xiàn)下降，如此一來流經(jīng)接地裝置的電流會出現(xiàn)增長，同時電感部分所占的份額則會上升，綜合起來就會使故障電流出現(xiàn)下降。但需要注意的是，負載電阻不能無限制地減少，這會造成電阻性電流和電容性電流比值的增大，導(dǎo)致設(shè)備的負荷容量增高。

基于相關(guān)關(guān)系，可以對變壓器阻抗電壓的百分比進行適當?shù)恼{(diào)整，小幅度地減少負載電阻值，下調(diào)接地故障電流。最后通過驗算，各部分電流均處于設(shè)計條件要求范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

綜上所述，在我國現(xiàn)代電力工業(yè)發(fā)展的過程中，大型發(fā)電機組的引入越來越多，這類發(fā)電機在出現(xiàn)定子單相接地故障時會產(chǎn)生龐大的電容性電流，因此多采用中性點經(jīng)配電變壓器電阻的接地方式。本文以現(xiàn)如今最常用的高阻抗變壓器為例，對接地配置的關(guān)鍵點進行了分析研究，闡明了接地故障電流、負載電阻以及變壓器阻抗等參數(shù)之間的聯(lián)系。