变电站改造中电抗器可否拆除研究

孙献玲

(河南煤业化工集团有限公司焦煤集团方庄二矿)

变电站改造中电抗器可否拆除研究

孙献玲①

(河南煤业化工集团有限公司焦煤集团方庄二矿)

根据国家电力行业标准,河南焦作焦煤集团公司使用的6 kV高压开关柜为GG-1A型,属于国家禁止使用的高压开关柜。因此,该公司对方庄二矿35 kV变电站进行改造。根据变电站改造的实际情况,研究电抗器与短路电流的关系,以确定是否可以取消电抗器,达到节能降耗、节约空间和设备的目的。

变电站;短路电流;运行方式;等值电路图;拆除电抗器;研究

1 短路电流的危害

电力系统在运行中,由于多种原因,使系统出现各种故障和异常现象。根据运行经验,破坏电力系统正常运行的故障最为常见且危害最大的是各种短路(包括三相短路、两相短路、单相短路、两相接地短路、单相接地短路),其中三相短路电流值最大,造成的危害最严重。

短路时系统的阻抗大幅度减小,电流则大幅度增加。通常短路电流可达正常工作电流的几十倍甚至几百倍,在大电力系统短路电流可达几万安培甚至几十万安培。这样大的短路电流将产生极大的危害,归纳起来其危害有以下几种:

1)损坏电气设备。短路电流产生的电动力效应和热效应,会使故障设备及短路电流中的其他设备遭到破坏。2)影响到电气设备的正常运行。短路时电网电压骤降,使电气设备不能正常工作。3)影响系统的稳定性。严重时短路会使并列运行的发电机组失去同步,造成电力系统解列。4)造成停电事故。短路时电力系统的保护装置动作,使开关跳闸,从而造成大范围停电,越靠近电源,停电范围越大,造成的经济损失也越严重。5)产生电磁干扰。不对称短路的不平衡电流,在周围空间产生很大的交变磁场,干扰附近的通讯线路和自动控制装置的正常工作。因此,短路的后果非常严重,必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素,同时还要正确选择电气设备,使电气设备在短路电流作用下不致损坏。

2 限流电抗器

在大容量电力系统中,短路电流往往很大,使按短路条件选择的设备投资过大或选不出合适的设备,因而要对过大的短路电流加以限制,使所选设备经济合理是十分必要的。在矿山供电系统中,当井下中央变电所母线的短路容量超过井下高压配电箱的额定断流容量时,则采取限制短路电流的措施。

虽然限制短路电流的方法很多,例如使并列运行的变压器分列运行,双电源供电线路分列运行,环形供电网络的开环运行等均可使短路回路的阻抗增大,短路电流减小。

在工矿企业高压供电系统中,通常用水泥电抗器限制短路电流。水泥电抗器由纱包绝缘或铝绞线绕制成线圈,在专设的支架上浇注成水泥支柱,再放到真空中干燥后,涂漆制成。涂漆可以防腐防止水分浸入,因此,在运行中应特别注意电抗器的漆皮状况及其清洁状况。

水泥电抗器没有铁心,这是因为铁心线圈的电抗值随着铁心的饱和程度不同变化较大。当流过正常负荷时,铁心不饱和电抗较大;而流过短路电流时,铁心趋于饱和状态,绕组电抗很小,限流作用反而减弱。另外,铁心产生涡流和磁滞损耗,会使供电效率降低。

电抗器的三相绕组可以水平布置,也可以垂直叠装在一起布置。工矿企业变电所一般多采用垂直布置方式。在垂直布置时,中间一相绕组的绕向应与上下绕组的绕向相反。这是为了当两相冲击短路电流流过电抗器时,使相邻两相绕组间产生的电动力相互吸引而不是相互排斥。这样可以使支柱绝缘子承受压力而不是拉力,使抗压强度高于抗拉强度的支柱绝缘子工作更稳定可靠。

正常工作时,通过IN电抗器上的电压损失很小,以额定电压6 kV为例,≤0.05UN=3IN XKsin Φ(300V),当发生短路故障时,通过电抗器在其上产生的电压损失很大,约为:3IN XKsinΦ≥(0.6～0. 7)UN(3.6～4.2 kV),从而限制了短路电流。

是否安装电抗器是根据开关的额定断流量(或最大分断电流)是否大于其所在电路的最大短路容量(或最大短路电流)来决定,如果符合该条件,则可以取消;不符合则必须安装。

3 遮断容量与电抗器是否可以取消

遮断容量通常用来表征开关元件在短路状态下的断路能力。高压断路器的遮断容量,与额定开断电流一样,是表征断路器开断能力的参数,在额定电压下,断路器能保证可靠开断的最大短路电流,就是额定开断电流,其单位用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量有效值的千安数表示。断路器的额定开断电流与额定电压乘积的3倍,就是遮断容量。

由于高压电流在断开的过程中,产生电弧,即使断路器触头分开,但电路并未断开,必须消弧才能完全断开电路电流,因此,把断路器完全断开电路电流称为遮断。

3.1 选取基准参数

1)选取基准容量。Sb=100 MVA

2)选取基准电压。

35 kV系统:Ub35=37 kV

6 kV系统:Ub6=6.3 kV

3)选取基准电流。

35 kV系统:

3.2 确定常用参数

1)系统阻抗标幺值。

电源S1对35 kV变电站35 kV母线:Xs1= 0.441

电源S2对35 kV变电站35 kV母线:Xs2= 1.593

上述参数由焦作市电业局三电办提供。

2)35 kV主变压器的电抗标幺值(2台相同)。

额定容量16 MVA,短路电压百分数8.16%:

3.3 电源大方式运行

电源大方式运行(古方线运行)时,电源在35 kV变电站6 kV母线的电抗:

1)画出等值电路图,见图1。

图1 电源大方式运行等值电路图

2)大方式供电时电源对35 kV母线变电站6 kV母线的并联电抗为:

3.4 电源小方式运行

电源小方式(马方线运行)运行时,电源在35 kV变电站6 kV母线上的电抗。

1)画出等值电路图,见图2。

图2 电源小方式运行等值电路图

2)电源的电抗。

XX=XS2+Xb2=1.593+0.51=2.10

3.5 35 kV对6 kV母线短路参数计算

1)计算大方式运行时的短路参数。

a)画出等值电路图,见图3。

图3 等值电路图

b)简化等值电路图,见图4。

X1=XS1+Xb=0.441+0.51=0.951

c)电源S1对K2点的短路参数。

(1)电源S1对K2点的短路电流标幺值为:

图4 简化等值电路图

(2)电源S1对K2点的短路电流及容量为:

2)计算小方式运行时的短路参数。

a)画出等值电路图,见图5。

图5 等值电路图

b)简化等值电路图,见图6。

X2=XS2+Xb=1.593+0.51=2.103

c)电源S2对K2点的短路参数。

(1)电源S2对K2点的短路电流标幺值为:

(2)电源S2对K2点的短路电流及容量为:

由此,以最大运行方式下的短路冲击电流ikrs1= 24.562 kA,短路冲击电流有效值Ikms1=14.641 kA及短路容量S1∞=105.2 MVA,与开关的遮断容量相比来确定是否可以取消电抗器。

现6 kV开关柜改造后型号KYN28A-12,额定开断电流为31.5 kA,则其遮断容量为了3×36× 331.5=327 MVA>105.2 MVA,所以,该变电所改造中可以取消电抗器,以达到节约设备、空间和节能降耗的目的。

[1] 张学成.工矿企业供电[M].北京:煤炭工业出版社,2005:45-63,126-127.

[2] 顾永辉.煤矿电工手册(第二分册)—矿井供电(上)[M].北京:煤炭工业出版社,1998:128-150,130,256-259,292-295,575-578.

[3] 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2009:240-252.

[4] 煤矿安全规程读本委员会.煤矿安全规程读本[M].北京:煤炭工业出版社,2006:441-443.

[5] 重庆电力技工学校.电气设备[M].北京:水利电力出版社,1996:178-196,202-205.

[6] 宋守信.电工手册[M].北京:中国电力出版社,2001:506-539.

Research on Reactor Dismantle or not Dismantle in Substation Transformation

Sun Xian-ling

According to the standands of national power industry,GG-1A type 6 kV high-tension switch cabinet of using in the coking coal group of Jiaozuo in Henanuse belong to high-tension switch cabinet of nation taboo.Therofore transform Fangzhuang No.2 Mine’s electric power substation.According to electric power substation’s practical situation,research the relation of short circuit current and reactor,determine that reactor dismantle or not dismantle,Achieve saving energy,reducing the cost,saving space and equipment.

Electric power substation;Short circuit current;Operation mode;Equivalent circuit diagram; Dismantle reactor;Research

book=1,ebook=55

TD612

B

1672-0652(2010)01-0019-03

2009-12-09

孙献玲 女 1974年出生 2009年毕业于河南理工大学成人教育学院 助理工程师 焦作 454361