发电机中性点接地变压器电抗不宜忽略

/
(
R + RK R+ RK ) 2+
X
2 T
=
( 100
3
K
RS
0. N
25)
- 1/
R + RK ( R+ RK) 2+
X
2 T
为使上式比值最大, 从分子项导 出式看 S N 应
取较小值; 分母项 R+ R K > X T , 利用导数得 R K 应取
较大值。据 R K 关系式使 R K 较大, 应取 S N 较小值,
0. 01 F , C0= 0. 18 F 代入上式, 当 K = 3 和 K = 6
时, 得值分别为 0. 073 和 0. 079。
以上计算说明, 接地变励磁回路可以忽略。接地
变对电容亦可忽略。为精确考虑, 以下分析计入 CP,
化简后的接地变等效电路, 如图 2 所示。
3 接地故障电流的计算
发电机单相接地故障电流 I C= j 3U !C0=
Y N / Y S = ( Ct+ 1. 5Cf) / ( 3Ct + 1. 5Cf ) ( 3m + j ) ( Ct+ Cf ) / [ ( 1+ 9m2) ( 3Ct+ 1. 5Cf ) ] =
j U / R , 高阻接地后故障电流由图 2 得
I f = U [ j 3!C0 + j!CP+ ( j X T + R+ RK ) - 1 ] , 因为
许多情况下, 二次并联电阻 R 选值时便考虑了接地
变短路电阻 R K , 此处为使 I f 较大, 取 RK = 0。所以
I f/ I c = - j R [ j 3!C0 ( 1+ CP / 3C0 ) + ( j X T + R) - 1 ]
由于接地变的容量和并连电阻与发电机及其电 压回路元件对地电容有着对应关系, 从而为分析接 地变提供了可能。
汽轮机组对地电容较水轮机组要小, 不同容量 和电压等级的发电机电容值分散性较大, 取发电机 和机端元件每相对地电容总和 C0 = 0. 18×10- 6 ～ 2. 5×10- 6F , 可基本上包括不同情况下的机组对地 电容。单相接地故障发电机中性点电压为相电压, 为 留有裕度, 接地变一次侧电压取发电机额定电压 U N ( kV ) , I c= 3 U N !C0 ( kA ) 为发电机单相接地电 容电流。! 为角频率( rad/ s) 。接地变容量按单相故 障电容容量计算, 并考虑变压器短时过载能力( 一般
[ 摘 要] 文章认为考虑和不 考虑接地变压器电 抗得出的结论并 不一致, 某些情况 下不能忽 略发电机
中性点接地变压器电抗值的影响, 发电机中性点经接地变压器高阻接地方式 下, 单相接地 故障电流小于
电容电流的 1. 3 倍, 发 电机定子接地采用三次谐波保护其灵敏度不会下降。
[ 关 键词] 发电机中性点; 接地变压器; 故障电流; 三次谐波保护
=
U
2 N
/
3 RK( MVA)
=
U
2 N
×1
03/
3 RK ( kVA)
( 1)
设接地变电阻电压百分值 U R% , 电抗电压百分
值 U x % , 阻抗电压百分值 Zk% ( 接地变 Zk % 约为 3
～8) 。一般中小型变压器 Ux / U R = 1～5, 为避免人为
增加电抗带来分析误差, 取 U R 偏大情况, 即
2 接地变压器的等值电路
发电机中性点接地 变为单相干式或油浸变压 器, 普通配电型式, 从制造上看其感抗不可能为零。 据有关的文献分析, 反映变压器电抗的阻抗电压的 增大, 导致变压器铁心和尺寸的减小, 铁损也减小, 负载损耗增加。因而对发电机中性点接地变短时工 作的特性和便于布置安装来说, 增大电抗是有利的, 也没有必要降低感抗进行设计。
j 0. 861 9和 0. 522 7- j 0. 564 8, 即故障电流为电容 电流的 0. 77～1. 09 倍。上面计算 X T 取值包括了电 阻电感 X R , 假设 X R = 0, X T = X K , 取相应值代入上 式, 得最大故障电流为电容电流 1. 34 倍, 这是各项 参数在极不利条件下取值的结果, 实际情况故障电 流不会大于电容电流的 1. 3 倍。
如果设发电机每相对地电容为 Cf , 端部各元件 每相对地电容为 Ct , 则分析三次谐波的等效电路如 图 3。发电机中性点侧三次谐波导纳: Y N = j ( 3!Cf+ 9!Cf / 2) + ( j 3X T + R) - 1, 发电机机端侧三次谐波导 纳: Y s= j ( 9!Cf/ 2+ 9!Ct ) 。设 m = 0. 29+ 1. 225× 10- 2 K ZK % , 则 X T = mR , 得
10
东北水利水电
[ 文章编号] 1002- 0624( 2000) 05- 0010- 03
2000 年第 5 期( 第 18 卷总 190 期)
发电机中性点接地变压器电抗不宜忽略
朱杰民1, 陈宝海2, 沈锦娟1
( 1. 东北勘测设计研究院, 吉林 长春 130021; 2. 黑龙江省龙江县水利局, 黑龙江省龙江县 161100)
=
P
0
I
2 0
=
P0
U2N
×104
/
I
0%
2S
2 N
= 100
3
K
R/
S
0. N
25I
0%2(
)
激磁阻抗 ZM = 100U 2N/ S N I 0%
= 100 3 K R / I 0% ( )
激磁电抗 X M =
Z
2 M
-
R
2 M
(
)
2. 2 接地变等值电路的分析化简
由以上导出的各种关系, 可得图 1 接地变的
[ 中 图分类号] T V 734. 1
[ 文献标识码] B
1 问题的提出
在我国发电机中性点经消弧线圈接地, 经验比 较成熟。而对经接地变压器二次侧并联电阻的高阻 接地方式, 认识还不一致。很多文章在推导发电机高 阻接地方式下的保护特性和故障特性时, 忽略了接 地变压器的电抗和电容, 得出发电机定子接地三次 谐波保护当高阻接地时灵敏度下降, 接地故障电流 至少增加 2 倍的结论。综合其他因素, 认为在我 国大中型机组中性点不宜采用接地变二次侧并联电 阻的高阻接地方式, 这势必影响人们对经接地变压 器高阻接地的看法。众所周知, 工程上为使问题分析 和计算过程简化, 常常忽略一些次要因素。但这种忽 略是以大致不影响计算结果为前提条件的。工程上 对变压器的分析计算, 有时忽略了变压器等值回路 的励磁支路, 很少考虑计入变压器每相对地电容, 而 电抗和电阻往往是不能忽略的。以下仅对是否计入 发电机中性点接地变电抗及相关问题作推导分析。
Y N / Y S = ( Cp + 1. 5Cf ) / ( 3Ct + 1. 5Cf ) - ( 3m+ j ) C0/ [ ( 1+ 9m2) ( 3Ct+ 1. 5Cf ) ]
为证明机端电压 U S / U N < 1, 须证明 Y N / Y S = U S/ UN < 1。又 CP < Ct, 为使 Y N / Y S 增大, 不妨取 CP= Ct, 设n= Cf / Ct , 又 C0 = Cf+ Ct 所以得
N
单 位为
kV A , P 0 单位为 W ) ; 负载损耗 P k = ( 4. 5～6. 5) P0 =
K pP 0=
10K
p
S
0. N
75
。所以,
利用式( 1)
短路电阻 R K =
P
K
U
2 N
/
S
2 N
= 3 K RP K ×10- 3 / SN
=
3
K
RK
P/
100S
0. N
25(
)
激磁电阻 R M
导纳
Y N = ( R + RK + j X T ) - 1+ ( RM + j X M ) - 1+ j !Cp
=
R+ R K ( R + R K ) 2+
X
2 T
+
R
RM
2 M
+
X
2 M
+
j
!Cp -
( R+
XT RK) 2+
X
2 T
-
XM
X
2 M
+
R
2 M
对上式各项化简:
RM
R
2 M
+
X
2 M
2000 年第 5 期( 第 18 卷总 190 期)
东北水利水电
11
取过载系数 K = 3～6) , 则接地变容量 S N = I cU N / K
= 3 UN2 !C0 / K ( MV A ) 考虑短路故障动稳态过电压, 一般取接地变二
次侧并联电阻 R = 1/ 3!C0( ) 代入上式得
SN
U R= Ux , 又 Zk % 2 = U x% 2+ U R % 2
∴ U x% = Zk % / 2 得变压器短路电抗 X k = U x% U2N / 100SN
= 3 K RZk% / 100 2 ( ) 接地变压器计入负载电抗
XT = XR+ Xk
= 0. 29R+ 3 K RZk% / 100 2
K P 较大值; 而 X T 中参量 ZK % 应取较大值。所以取