淺析龔嘴水電廠機組、主變及線路電壓互感器技改選型與配置

周 翔

(國能大渡河流域水電開發(fā)有限公司龔嘴水力發(fā)電總廠，四川 樂山 614900)

1 概 述

龔嘴水電廠水輪發(fā)電機組單機額定出力110MW，機端額定電壓為15.75kV，每臺水輪發(fā)電機組安裝有三組編號為1YH、2YH、3YH的機端電壓互感器(見圖1)，均為單相干式澆筑絕緣型，其中1YH電壓互感器為半絕緣型，2YH電壓互感器和3YH電壓互感器為全絕緣型，三組電壓互感器接線方式均為Y/Y。1YH配置有1組星形繞組和1組剩余電壓繞組，該星形繞組同時供兩套機組保護裝置、測速裝置、調速器控制器、變送器、計量裝置等設備或元件使用。線路額定電壓220kV，每條安裝有一組電容式電壓互感器，配置有2組星形繞組和1組剩余電壓繞組，第1組星形繞組供計量和測量使用，第2組星形繞組供兩套保護裝置共用。主變電量保護裝置的零序電壓取自主變相鄰兩條線路的剩余零序電壓繞組，根據(jù)運行方式進行選擇切換。上述電壓互感器配置存在繞組負荷率較高、不滿足雙重化、多套裝置共用繞組可靠性較低等問題。

圖1 機端電壓互感器電氣一次接線

該水電廠針對以上問題對電壓互感器進行了技改，機端電壓互感器更換為3個繞組的配置，線路電壓互感器更換為4個繞組的配置，新增的主變高壓側電壓互感器采用5個繞組配置，同時根據(jù)負荷特點優(yōu)化了準確級、容量和回路配置。

2 存在問題

2.1 機端電壓互感器

原1YH電壓互感器星形繞組準確級為0.2級，接入了計量裝置、同期裝置、變送器、數(shù)顯表、調速器控制器、測速裝置、機組保護裝置、故障錄波裝置、安控裝置共9類裝置或元件，剩余電壓繞組準確級為3p級，接入了保護裝置、故障錄波裝置和變送器。2YH和3YH電壓互感器準確級均為0.5級，分別作為兩套勵磁調節(jié)器專用(見表1)。

表1 機端電壓互感器原配置

2.1.1 繞組準確級不滿足裝置要求

1YH電壓互感器的繞組準確級為0.2級，屬于測量級。計量裝置、同期裝置、監(jiān)控用變送器、調速器控制器、測速裝置需使用測量級的繞組。機組保護裝置、故障錄波裝置和安控裝置取用的電壓互感器繞組準確級應為保護級，一般在5%～150%電壓范圍運行條件下，二次繞組電壓方可保持在準確級要求的誤差范圍內。綜上，1YH電壓互感器的繞組準確級不滿足保護裝置、故障錄波裝置和安控裝置的準確級要求。

2.1.2 不滿足保護雙重化配置要求

兩套機組保護裝置機端電壓回路均取自1YH電壓互感器的同一星形繞組，根據(jù)《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施(2018修訂版)》中“15.2.2.1兩套保護裝置的交流電流應分別取自電流互感器互相獨立的繞組；交流電壓應分別取自電壓互感器互相獨立的繞組”的描述，兩套保護裝置電壓回路不滿足雙重化配置要求。

2.1.3 多裝置共用繞組，可靠性低，負荷率高

1YH電壓互感器的星形繞組一共接入了16個裝置或元件，分別是2只計量裝置、1套同期裝置、4只變送器、1只數(shù)顯表、2套調速器控制器、2套測速裝置、2套保護裝置、1套故障錄波裝置和1套安控裝置。當該繞組故障時，將影響除勵磁調節(jié)器外所有機組保護、測量和自動控制裝置，可靠性較低。該電壓回路接入的裝置數(shù)量多，負荷重，造成繞組負荷率偏高，也影響了繞組電壓誤差特性和裝置采樣準確性。

2.2 線路電壓互感器

線路電壓互感器星形繞組準確級為0.2級和3p級，0.2級繞組接入了計量裝置、同期裝置、變送器共3類裝置或元件，3p級星形繞組接入了保護裝置、故障錄波裝置和安控裝置，剩余電壓繞組準確級為3p級，接入了故障錄波裝置和主變電量保護裝置(見表2)。

表2 線路電壓互感器原配置

2.2.1 不滿足保護雙重化配置要求

兩套線路保護裝置線路電壓回路均取自電壓互感器的同一星形繞組，根據(jù)《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施(2018修訂版)》中“15.2.2.1兩套保護裝置的交流電流應分別取自電流互感器互相獨立的繞組；交流電壓應分別取自電壓互感器互相獨立的繞組”的描述，兩套保護裝置電壓回路不滿足雙重化配置要求。

2.2.2 繞組容量不滿足選型要求

線路電壓互感器二次繞組額定輸出為100VA，計量裝置用繞組的二次負荷測試結果為3.1VA,僅為額定輸出的3.1%，不符合電能計量裝置的配置原則中二次負荷應在25%～100%額定輸出范圍內的要求。

3 選型過程及配置方案

針對以上問題，該電廠開展了電壓互感器的選型工作，制定了優(yōu)化配置方案，對整個電壓回路布局進行了調整，其中電壓互感器一次電壓和二次電壓保持不變。

3.1 機端電壓互感器

3.1.1 電壓互感器型號選擇

對電壓互感器安裝位置進行了核查，發(fā)現(xiàn)原安裝位置已非常緊湊，限制了新互感器體積和接線方式的調整空間，最終決定沿用原型號的電壓互感器，1YH電壓互感器仍采用半絕緣，2YH、3YH電壓互感器采用全絕緣，僅更新了設計序列號。為了滿足雙重化要求，3YH電壓互感器配置1個剩余電壓繞組，型號變更為JDZX。最終確定1YH電壓互感器型號為JDZX14-15E，2YH電壓互感器型號為JDZ14-15G，3YH電壓互感器型號為JDZX14-15G。

3.1.2 二次繞組數(shù)量選擇

受安裝位置影響，互感器體積有限制，繞組數(shù)量也有一定限制。經調研，決定均選用體積滿足要求且行業(yè)成熟產品，新電壓互感器均配置3個繞組，3組互感器一共9個繞組，可滿足靈活配置負荷分布的需求。

3.1.3 準確級選擇

根據(jù)負荷類型選擇電壓互感器二次繞組的準確級。

計量裝置、變送器、數(shù)顯表、測速裝置、調速器控制器、同期裝置均需使用測量級的繞組，準確級均選用0.2級。按照《大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置技術條件》(DL/T 583—2018)要求，勵磁調節(jié)器用電壓互感器準確級不應低于0.5級，按此要求配置2個0.5級繞組，分布在2組YH上，供兩套勵磁調節(jié)器使用。

機組保護裝置、故障錄波裝置和安控裝置均需使用保護級的繞組，考慮保護裝置重要性和雙重化配置要求，確定配置3個準確級為3p級的星形繞組用于雙套機組保護、故障錄波和安控裝置，其中1個作為冗余備用，配置2個準確級為3p級的剩余電壓繞組，供雙套機組保護、故障錄波和變送器使用。

3.1.4 繞組分配選擇

根據(jù)以上選型內容，共需3個3p級繞組、2個3p級剩余電壓繞組、2個0.5級繞組和2個0.2級繞組，考慮到雙重化配置需要，雙套裝置使用的繞組應分布在不同電壓互感器上，確定的配置方案見表3。

表3 機端電壓互感器技改后配置

3.2 線路電壓互感器

3.2.1 電壓互感器型號選擇

3.2.2 二次繞組數(shù)量選擇

經調研，決定選用滿足要求的行業(yè)成熟產品，新電壓互感器配置4個繞組，可以滿足配置負荷分布的需求。

3.2.3 準確級選擇

根據(jù)負荷類型選擇電壓互感器二次繞組的準確級。

計量裝置用繞組獨立配置，準確級選用0.2級。變送器、同期裝置準確級選用0.5級。線路保護裝置、故障錄波裝置和安控裝置均需使用保護級的繞組，考慮保護裝置重要性和雙重化配置要求，確定配置2個準確級為3p級的星形繞組用于雙套線路保護、故障錄波和安控裝置。考慮到繞組數(shù)量不充裕，且目前行業(yè)成熟的電壓互感器產品繞組可以同時滿足3p和0.5級準確級，故1套線路保護裝置和變送器共同一個繞組。配置1個準確級為3p級的剩余電壓繞組，供故障錄波裝置使用。

3.2.4 繞組分配選擇

根據(jù)以上選型內容，共需1個0.2級繞組、2個3p/0.5級繞組、1個3p級剩余電壓繞組，確定的配置方案見表4。

表4 線路電壓互感器技改后配置

3.3 主變高壓側電壓互感器

3.3.1 電壓互感器型號選擇及二次繞組數(shù)量選擇

為了滿足保護裝置雙重化配置和測量裝置的需求，同時考慮一定的裕度，在該電廠的建議下，生產廠家設計并生產了5個繞組的電壓互感器，滿足了配置負荷分布的需求。

3.3.2 準確級選擇

根據(jù)負荷類型選擇電壓互感器二次繞組的準確級。

變送器準確級選用0.5級。主變電氣量保護裝置使用保護級的繞組，考慮保護裝置重要性和雙重化配置要求，確定配置2個準確級為3p級的剩余電壓繞組。考慮后期負荷的靈活配置，額外考慮配置1個0.2級繞組和1個3p/0.5級繞組，作為冗余備用，后期可用于同期裝置、計量裝置、保護裝置、同步向量測量裝置等。

3.3.3 繞組分配選擇

根據(jù)以上選型內容，共需1個0.2級繞組、2個3p/0.5級繞組、2個3p級剩余電壓繞組，確定的配置方案見表5。

表5 線路電壓互感器技改后配置

4 結 語

龔嘴水電廠為了落實行業(yè)和電網對電壓互感器回路和配置要求，通過設備技改，確保了機組、線路和主變電壓互感器滿足雙重化配置的要求，提高了保護、測量和自動控制裝置的可靠性，該配置方案可為其他同類型水電廠機端電壓互感器的改造提供借鑒。

本文提出的配置方案還有兩個可繼續(xù)優(yōu)化的回路：一是計量裝置電壓回路配置，設計時考慮其僅用于機組測量電量未用于結算，為了減少工程量和回路變動，保持2只計量裝置共用1個繞組的配置，可按雙套化配置優(yōu)化；二是調速器控制器電壓測頻回路配置，雙套化的控制器共用1路電壓測頻回路，可參照雙套化配置優(yōu)化，提升調速控制系統(tǒng)可靠性。