发电机消弧线圈整定计算及档位选择

2021-08-25陈啟豪钱厚军陈子明易非凡李景亳李书平

中国核电 2021年4期

陈啟豪,钱厚军,陈子明,易非凡,李景亳,张芸,刘欢,刘鹏,李书平

(中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300)

秦一厂一号机组采用发电机-变压器组单元接线方式，发电机系上海发电机厂设计制造的第一代30万千瓦级双水内冷发电机，型号为QFS-310-2，电压18 kV，功率310 MW，功率因数0.85(滞后)，发电机采用中性点经消弧线圈接地方式，消弧线圈设置为欠补偿方式。该机组于1991年12月投入并网运行。

2007年实施了发电机第一次增容改造，功率提升到330 MW，功率因数提高到0.9(滞后)，视在功率不变。2018年结合电厂运行许可证延续项目再次实施扩容改造，功率提升到350 MW，功率因数0.9(滞后)，视在功率也相应提升，励磁系统由三机励磁方式改造为机端自并励方式，发电机效率由98.80%提高至98.85%。

按照相关设计标准，发电机中性点采用消弧线圈接地时应设置为欠补偿方式，补偿后发电机发生单相接地时允许故障电流为不大于1 A。第二次扩容改造由于采用了新的设计与工艺，发电机端部结构有所变化，同时由于励磁系统的改变，致使发电机端所连设备和装置对地电容改变,为确保消弧线圈仍旧工作在欠补偿方式最佳工作点，有必要对消弧线圈参数进行核算并重新整定。

1 单相接地故障系统分析与计算公式推导

假定发电机A相直接接地短路，不计定子绕组阻抗压降，发电机中性点连接消弧线圈，如图1所示。图中，UA，UB，UC为发电机各相电压;CA，CB，CC为发电机各相接地电容。

图1 单相接地故障中性点经消弧线圈接地示意图

为便于计算分析，将图1转化为等效电路形式，如图2所示。

图2 单相接地故障中性点经消弧线圈系统等效电路图

首先，由图2可得电容电流:

(1)

(2)

假定Z=R+jXL，可得阻抗电流:

(3)

根据基尔霍夫电流定律，故障相电流(入地电流):

(4)

式(4)中，虚部(IC-IL)表示消弧线圈对电容电流的削弱作用，将(IC-IL)视为广义电容电流。

若考虑各电流为已知量，则阻抗可表示为电阻部分(实部):

(5)

电抗部分(虚部)：

(6)

式(5)与式(6)即为计算消弧线圈阻抗参数通用公式。

2 设计参数输入

机端连接设备和装置一般有主变压器、发电机封闭母线 (电力电缆、电流互感器、电压互感器及过电压保护电容器在整定计算时可以忽略不计)。

发电机机端电压：UN=18 kV；

发电机定子单相对地电容Cf:0.277 μF；

主变绕组三相对地电容CT:0.030 52 μF。

离相封闭母线的外壳是接地的，单相对地电容可按同轴圆导体电容计算：

(7)

式中,CFM——封闭母线每相对地电容，μF；

l——封闭母线长度，m；

RR、RM——封闭母线外壳和导体半径，m；

ε——空气的介电常数，ε=8.86×10-12。

计算离相封闭母线单相对地电容CM:0.000 076 11 μF/m；

核实秦山一厂发电机封闭母线布置图，离相封闭母线长度:40 m。

3 消弧线圈参数选择及核算

3.1 电容电流核算

电容电流的计算,包括发电机及其电压回路的设备和连接线对地电容电流：

CΣ=0.290 2 μF

式中,XC——发电机回路电抗，Ω；

CΣ——发电机回路总对地电容；

ω——发电机角频率。

3.2 补偿系数的选择

当认为消弧线圈为纯电感时，通常定义补偿系数k为电容电流与电感电流有效值的比值。但考虑消弧线圈本身及附加的电阻时，这样定义就不准确了，因为流经消弧线圈的并不是纯电感电流，这时应该从消弧线圈的补偿机理出发定义k为电容电流与消弧线圈的感性分量电流有效值的比值，以下按此定义计算。经消弧线圈接地可以将故障电流限制在允许接地电流范围内，其串联小值电阻后，可以降低暂态过电压，并把传递过电压限制在安全范围内。Ia为补偿后的故障电流，Iδ为设定的允许接地电流，计算满足允许接地电流时的消弧线圈电感L和电阻R及相应的补偿系数k。

(8)

(9)

联立(7)与(8)解得：

(10)

所以，若将故障电流限制在Iδ范围内，补偿系数应满足(10)关系。