李豐田

（成來電氣科技有限公司，吉林 白城 137300）

在我國快速發(fā)展期間，環(huán)境問題日益突出，人們更加注重環(huán)保工作，垃圾焚燒發(fā)電開始出現(xiàn)，并成為當(dāng)下的主要發(fā)展方向之一。位于某市的垃圾焚燒發(fā)電廠，每天的焚燒爐處理規(guī)模為500t，配有10MW凝氣式汽輪發(fā)電機(jī)組1臺(tái)，升壓用主變壓器型號(hào)為SZ11-10000/10，出線電壓為10.5kV，經(jīng)10kV直配線路經(jīng)斷路器與上級(jí)變電站10kV母線進(jìn)行連接。本文以該案例為例，對(duì)10.5kV電壓等級(jí)并網(wǎng)的新能源電廠主變壓器設(shè)置問題進(jìn)行了分析。

1 電流計(jì)算

發(fā)電機(jī)定子發(fā)生單相接地故障，故障電流是其直接相連的電網(wǎng)的對(duì)地電容電流，主要包括所有架空線線路、發(fā)電機(jī)等。在對(duì)不同的電容電流進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要符合相關(guān)要求及標(biāo)準(zhǔn)。下面對(duì)廠外、廠內(nèi)兩個(gè)部分的電容值進(jìn)行計(jì)算，并最終得出總電容值。

1.1 廠外部分

通過了解，發(fā)現(xiàn)上網(wǎng)線路電纜、上級(jí)變電站10kV母線出線電纜的長度分別為2km與26km，這樣就可以通過公式得出對(duì)廠外電纜的電容電流。

（1）廠外電纜：L*，代入數(shù)據(jù)可以得到最終結(jié)果為29.4A；對(duì)于架空線路而言，對(duì)于上級(jí)變電站10kV母線出線架空線的情況，可以按照10回計(jì)算，每回為2km。（2）架空線：**L*，代入數(shù)據(jù)可以得到最終的結(jié)果為0.266A；在了解變電站站增加的接地電容電流附加值時(shí)，需要從由《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)—一次部分》中找，通過分析發(fā)現(xiàn)，10kV電壓等級(jí)的附加值為16%。綜合分析，可以得到廠外系統(tǒng)對(duì)地電容值的計(jì)算為：（29.4+0.566）×（1+0.16）=34.749A。

1.2 廠內(nèi)部分

在廠內(nèi)，10kV電纜的長度為1.6km，所以在對(duì)廠內(nèi)電流進(jìn)行計(jì)算過程中，可以按照下面公式確定。

（1）廠內(nèi)電纜：L*，代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得結(jié)果為1.68A。在本項(xiàng)目工程中，發(fā)電機(jī)電壓回路主要是發(fā)電機(jī)出線母線，母線的回路長度為10m。（2）母線：Ic=（0.5'1）·L·10-3，代入數(shù)據(jù)可得結(jié)果為0.01A。（3）發(fā)電機(jī)：Ic=0.46A。（4）變電站：在電壓為10kV的變電站中，變電站增加的接地電容電流附加值為16%。

通過上面的分析，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子在出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，在廠內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)中對(duì)地電容可以合計(jì)計(jì)算：（1.68+0.01+0.46）×（1+0.16）=2.494A。廠外系統(tǒng)對(duì)地電容值+廠內(nèi)系統(tǒng)對(duì)地電容值=34.749+2.494=37.243A。

2 主變?cè)O(shè)置、發(fā)電機(jī)中性接地方式選擇問題

通過上文分析，可知當(dāng)發(fā)電機(jī)定子出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，一般是由于電廠上網(wǎng)路不經(jīng)隔離措施而直接并網(wǎng)造成的，這時(shí)，發(fā)生單相接地故障后，電流值為37.243A。按照目前國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來看，發(fā)電機(jī)內(nèi)部在出現(xiàn)單相接地故障后，當(dāng)額定電壓在6.3kV以上時(shí)，不用瞬時(shí)進(jìn)行切機(jī)操作，發(fā)電機(jī)單相接地故障電流最高不允許值需按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定，并且在中性點(diǎn)不接地方式的應(yīng)用下，不能超過標(biāo)準(zhǔn)值（需按照《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.1.3的要求進(jìn)行操作），如果超出該值，要使用中性點(diǎn)諧振的接地方式進(jìn)行處理。在規(guī)范的3.1.3的規(guī)定下，可知出現(xiàn)單相接地故障后，6.3kV發(fā)電機(jī)的電流允許值為50MW以內(nèi)，且電流為3A。為確保安全，當(dāng)單相接地故障出現(xiàn)后，不用進(jìn)行瞬間切機(jī)，且在有單相接地故障，并使用中性點(diǎn)不接地方式時(shí)，電流最好允許值為3A。為確保發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地方式應(yīng)用的可靠性，需針對(duì)實(shí)際情況選擇合理方案，下面就對(duì)常見的三種方案進(jìn)行介紹。

2.1 不接地方式

單相接地故障問題在發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生后，不要求瞬時(shí)切機(jī)，將隔離變壓器設(shè)置在上網(wǎng)線路出線處，確定為主變壓器，這樣可以對(duì)廠外系統(tǒng)進(jìn)行有效隔離，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用不接地方式。中性點(diǎn)不接地的優(yōu)勢(shì)明顯，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：（1）當(dāng)單相接地故障的電流在10A以下時(shí)，位于故障點(diǎn)的電弧會(huì)自熄，絕緣可以在自熄后恢復(fù)。（2）系統(tǒng)的對(duì)稱性不會(huì)受到單相接地的影響，出現(xiàn)故障后也可以運(yùn)行一段時(shí)間，對(duì)于故障線路的檢查更加方便。

2.2 消弧線圈接地方式

單相接地故障在發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生后，不要求瞬時(shí)切機(jī)，變壓器在上網(wǎng)線路出線處不用進(jìn)行隔離，采用消弧線圈接地方式在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)進(jìn)行接地，在選擇消弧線圈容量時(shí)，可以按照下面公式進(jìn)行確定：。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地也有一定的適用范圍，一般情況下，要將單相接地故障電容電流Ic控制在10A以下，且以架空線路為主。同時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式具有以下特點(diǎn)：

（1）在對(duì)電網(wǎng)對(duì)地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，弧線圈的感性電流能夠?qū)崿F(xiàn)這一操作。這樣在出現(xiàn)單相接地故障后，電流在10A以內(nèi)，這樣故障點(diǎn)的電弧能實(shí)現(xiàn)自熄。（2）位于故障點(diǎn)的絕緣能實(shí)現(xiàn)自行恢復(fù)。（3）對(duì)系統(tǒng)對(duì)稱性不會(huì)產(chǎn)生破壞，利于故障線路查找。

2.3 高電阻接地方式

單相接地故障在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)后，變壓器不需要在上網(wǎng)線路出線處隔離，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用經(jīng)高電阻接地方式。在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)變壓器二次繞組上接接地電阻器。高電阻接地方式的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：（1）對(duì)單相接地暫態(tài)過電壓進(jìn)行抑制；（2）待故障運(yùn)行2h后，用戶可以選擇快速跳閘或者定時(shí)跳閘；（3）多運(yùn)用于小于10A的變電站；（4）結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單，維護(hù)比較方便。

2.4 方案確定

通過上面三種方案的介紹，在設(shè)計(jì)過程中，還需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行確定，數(shù)據(jù)收集較難、系統(tǒng)規(guī)模多變等是廠外電力系統(tǒng)側(cè)存在的問題，在對(duì)消弧線圈、電阻參數(shù)等進(jìn)行確定上難度較大。同時(shí)，由于10.5kV電壓等級(jí)直接并網(wǎng)是實(shí)際設(shè)計(jì)過程中所采用的方式，發(fā)電機(jī)母線短路電流超過31.5kA的情況比較常見，在較大的電流下，對(duì)于10kV電氣設(shè)備的要求提升，從而增加設(shè)備成本。所以，在綜合分析后可以選擇（1）的方案。選擇方案（1）的主要原因是由于隔離器在線路處的設(shè)置，可以對(duì)外網(wǎng)進(jìn)行電氣隔離，這樣就不需要再使用中性點(diǎn)接地設(shè)備，對(duì)于系統(tǒng)短路電流的限制作用效果較好，而且方案（1）在實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的實(shí)用性，而且受到外網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)的影響較小。

3 結(jié)語

垃圾焚燒發(fā)電廠作為實(shí)現(xiàn)“綠色發(fā)展”的重要途徑，隨著我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電廠的可持續(xù)發(fā)展，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用10.5kV電壓等級(jí)直接并網(wǎng)的方式，在設(shè)計(jì)過程中，需對(duì)發(fā)電機(jī)定子發(fā)生單相接地故障問題進(jìn)行考慮，并在此基礎(chǔ)上探究在故障出現(xiàn)后電網(wǎng)側(cè)提供的對(duì)地電容電流的影響，然后，在主變?cè)O(shè)置、中性接地方式選擇問題分析下，最終確定主接線的最優(yōu)方案，確保垃圾焚燒發(fā)電廠的健康運(yùn)行。