发电厂500 kV串内并联电抗器保护CT配置研究

朱忠亭

(华东电力设计院，上海 200063)

1 概述

为抵消线路电容效应，防止工频稳态电压升高，限制各种短时过电压，超高压系统的输电线路一般均需装设并联电抗器。并联电抗器的装设位置与很多因素有关，首先应考虑限制工频稳态过电压的需要，并结合限制潜供电流、防止自励磁、同期并列以及无功补偿等方面的要求，进行技术经济综合论证后确定。对于常见的双电源系统，仅在一端装设并联电抗器，对另一端工频稳态过电压的降低影响很小，此时并联电抗器可装设在线路中段或分别装设在线路的两端。

随着厂网分开的逐步深入，在电网公司主导的发电厂接入系统审查中，对于需要装设并联电抗器的超高压输电线路，一般均要求发电厂侧装设并联电抗器。可行的补偿方案包括：(1)并联电抗器“一对一”补偿出线；(2)一台并联电抗器集中补偿全部出线。而对于大容量发电厂(尤其是核电厂)出线回路较多，方案(2)在技术经济综合论证中具有优势。对于采用3/2接线接入系统的情况，方案(2)中并联电抗器可装设在母线上或串内。从目前的应用现状看，装设在母线上比装设在串内的多。但由于后者具有更高的技术可靠性和灵活性，仍可在特定工程的技术经济综合论证中胜出。

本文以某发电厂(6×1000MW)工程为例，对其采用500 kV串内并联电抗器后的相关保护CT配置进行深入研究。

2 主接线方案

某发电厂规划6台1000MW发电机，4回500 kV出线，采用3/2接线，设母线分段断路器，集中设置1台并联电抗器接入串内。500 kV主接线见图1。500 kV升压站采用绝缘开关装置(Gas Insulated Switchgear,GIS)型式，共包括5个完整串，1个不完整串，2个分段断路器，全站一次性建设完成。

图1 500 kV主接线图

3 典型的保护CT配置

3.1 典型的保护CT配置方案

对于500 kV并联电抗器，典型的保护配置方案可参照主变压器回路，即以双重化的差动保护为主保护，并辅以其他后备保护。保护CT配置需满足主保护和后备保护的要求，根据3/2接线的要求，典型的保护范围需包括断路器、分支和电抗器本体。因此，需在相关的两个断路器外侧和电抗器中性点侧配置保护CT。

典型的保护CT配置见图2。

3.2 主要设备参数

(1)电抗器额定参数为：

额定容量(Se) 3×60 MVar

额定电压(Ue) 550/3 kV

额定电流(Ie) 189 A

图2 典型的保护CT配置图

(2)断路器额定电流为：4000A

断路器外侧CT额定一次电流根据断路器额定电流选定，额定二次电流根据保护要求选定。再考虑全站CT的统一性，断路器外侧CT额定变比确定为5000/1A。差动保护两侧CT变比一般要求不超过4倍，故电抗器中性点侧CT额定变比确定为1250/1A。典型的保护CT参数见表1。

表1 典型的保护CT参数

电抗器中性点侧CT额定变比按照与断路器外侧CT配合选定，与电抗器额定电流相差较大，因此容量受到限制。

3.3 特殊性分析

断路器外侧CT额定变比按照断路器额定电流选定，与电抗器额定电流相差巨大，是否能满足保护采样和整定的要求需要深入研究。

对应电抗器额定电流时，断路器外侧CT二次侧电流为：

这就要求保护装置的采样精度需满足准确测量CT二次侧电流的要求。

根据DL/T866—2004中相关要求，TPY级CT(5000/1A)允许有1%的幅值误差，相应一次侧幅值误差为50 A。实际应用中，总电流幅值误差既包括CT的幅值误差、二次回路噪声和保护装置测量误差。即一次侧总电流幅值误差应大于50 A。而一般电抗器保护中差动保护启动定值设定为0.3Ie，即：

启动定值与CT一次侧幅值误差值(50 A)非常接近，再考虑到二次回路噪声和保护装置测量误差，保护的可靠性将难以保证。而如果强行提高启动定值，则又会导致保护灵敏性下降。

综上所述，典型的保护CT配置方案已无法满足保护装置可靠性和灵敏性的要求，其根本原因在于并联电抗器额定电流较小而串内可能的穿越电流较大。

4 改进的保护CT配置

4.1 改进的保护CT配置方案

为解决典型的保护CT配置方案中存在的问题，可考虑分段设置保护的方案。即独立设置电抗器引线保护和电抗器本体保护，电抗器引线保护用于保护断路器、分支，电抗器本体保护用于保护电抗器本体。

在典型的保护CT配置方案基础上，增设CT41和CT42，装设于分支上，同时供电抗器引线保护和电抗器本体保护使用。改进的保护CT配置见图3。

图3 改进的保护CT配置图

CT41、CT42的变比与电抗器中性点侧CT31、CT32一致，均为1250/1A，其它CT参数不变。改进的保护CT参数见表2。

表2 改进的保护CT参数

由于电抗器引线保护和电抗器本体保护均使用CT41、CT42，因此要求CT41、CT42具有较大的容量。

4.2 可行性分析

电抗器引线保护中差动保护启动定值无需考虑电抗器额定电流，只需反映母线故障的短路水平，所以启动定值可以整定的比较高，一般可取0.5In，即：

启动定值远远大于CT一次侧幅值误差值(50 A)，即使再考虑二次回路噪声和保护装置测量误差，保护的可靠性仍能得到保证。

根据DL/T866—2004中相关要求，电抗器本体保护TPY级CT(1250/1A)允许有1%的幅值误差，相应一次侧幅值误差为12.5 A。

电抗器本体保护中差动保护启动定值仍设定为0.3Ie，即：

启动定值远大于CT一次侧幅值误差值(12.5 A)，即使再考虑二次回路噪声和保护装置测量误差，保护的可靠性仍能得到保证。

在布置500 kV升压站设备时，需要考虑增加CT的布置位置；电抗器引线保护和本体保护布置在一面保护屏中，无需再增加保护屏。

改进的保护CT配置方案已成功应用于某发电厂中，现场调试未发现任何问题，目前运行状况良好。

5 结语

对于采用3/2接线接入系统的情况，500 kV并联电抗器接入串内时，由于并联电抗器额定电流较小，而串内可能的穿越电流较大，造成典型的保护CT配置方案无法满足保护装置可靠性和灵敏性要求。通过在分支上增加两组CT，设置电抗器引线保护和电抗器本体保护，分别用于保护断路器、分支部分和电抗器本体部分，即可满足保护装置的要求。

[1]西北电力设计院．电气工程电气设计手册电气一次部分[K]．北京：中国电力出版社，1989．

[2]DL/T866—2004，电流互感器和电压互感器选择及计算导则[S]．