发电机出口测量电流互感器配置分析

罗艾青

三门核电有限公司 浙江三门 317 112

对于大型发电厂，在发电机出口、主变高压侧、出线侧以及厂变高压侧均需配置一定数量的电流互感器用于电量计量及厂用电量的核算。发电机出口测量电流互感器技术参数的选择，对于发电机出口发电量的测量准确性具有重要意义，对于新投运的机组，会影响发电机发电量与厂用电率的计算并与汽轮机性能担保试验相关。

1 发电机测量CT问题分析

1.1 概述

三门核电一期工程发电机额定容量为1407MVA，机端电压为24kV，发电机出口额定电流为33847A，作为发电机和相关装配保护系统的一部分，电流互感器安装在出线侧和中性点侧套管上两侧每相上安装4组CT，出线侧套管共安装12个CT，中性点侧套管共安装12个CT。其CT规格由常规岛设计方通过对发电机的端电压、容量和阻抗计算得到，根据《电力装置电测量仪表装置设计规范》GB/T 50063-2017条文7.19以及《DL/T866-2015电流互感器和电压互感器选择和计算导则》条文4.2.4中规定，出于对保护测量仪表的考虑，可对测量用CT做仪表保安限值的要求，出于此目的，设计方在进行测量CT选型时考虑采用FS5（即当2次电流达到5倍额定电流时，CT将达到饱和）的仪表保安系数，其中位于发电机出线侧的3组测量CT（编号为CT5、CT6及CT7）分别用于汽轮机保护与控制（MTC）及励磁系统调节，发电机中性点侧的1组用于发电机功率测量的CT编号为CT4，各组CT容量及变比相同[1]。

1.2 存在的问题及影响分析

在三门核电1、2号机组首次并网阶段，发现发电机测量CT测量发电机电流值与故障录波器（保护CT）得到的电流值偏差较大，排除了相关表计及采样装置误差，并对各保护电流互感器和测量互感器的二次值及装置显示值进行核查后发现各组测量CT电流值接近，各组保护CT电流值也均接近，在100%功率平台下，单测量CT电流值比保护CT电流值大400-600A左右，结合主变及厂变电度、功率及电流核算，并根据发电机保护CT（5P20）的测量值推算发电机功率值较现有发电机功率表指示更加准确。

以发电机机端保护CT（编号为CT8）为基准，计算不同工况下发电机测量CT与保护CT之间的偏差率，得到保护CT的偏差率（偏差率=各CT实测值-CT8实测值）/CT8实测值）范围为-1.26%—1.13%；各组保护CT之间的实测值差别并不大，而测量CT的二次实测值明显大于保护CT的二次实测值，两者之间的偏差范围在-0.01%—+3.56%之间，且该偏差随着电流的增加而不断增大，在发电机满负荷运行工况下，计算两者之间测得的有功功率偏差最大可达31MW。

根据核岛合同附件章节规定，核岛厂用电消耗担保值为45MW，根据常规岛主设备合同附录8，常规岛厂用电消耗担保值为42.2MW，计算可知单机组厂用电有功功率应小于87.2MW，日耗电量应小于209万kWh，按照发电机测量CT计算发电量，不考虑电厂BOP母线及辅助锅炉用电量，满功率运行时1号机组厂用负荷日耗电量为255±5kWh，平均有功功率约为106MW，按此计算厂用电率（综合厂用电率=（发电量-关口电量+外购电量）/发电量）达到8.5%，至少超出主合同厂用电担保值的21.84%，如采用该测量CT进行关口电能计量，如按发电机有功功率实际值比测量值偏小约31MW、上网电价0.3元/度进行计算，单台机组每年盈利将损失8000余万元，不利于机组的经济性能。

1.3 问题原因及解决方案分析

三门核电一期工程发电机及其CT由三菱负责设计并供货，在发现该测量CT问题后，三菱考虑发电机磁场及CT铁芯结构的影响，提供了以下4种解决问题的方案：

方案一：对每组CT增加铝制护罩，以减少电磁干扰产生的磁通，从而降低电磁干扰提高CT精度；方案二：CT外罩硅钢片，原理同方案一；方案三：更换为无FS5要求的测量CT，三菱认为该CT受电磁干扰的影响较小；方案四：保护级CT二次侧后增加辅助CT，该方案需考虑辅助CT的安装。

分析发现，对于前两种方案，均需要现场有较大空间，而现场发电机CT布置紧凑，空间狭小，同时方案二采用的钢板还需要固定及散热措施，具体实施方案更为复杂且并不能明确改造后的效果，因此，并不建议采用；对于方案四，保护CT测量值准确，效果明确，需要考虑辅助CT的安装，但将保护与测量CT混用并不适合作为永久变更。由于测量CT选型时考虑采用FS5（即当2次电流达到5倍额定电流时，为了满足该要求，在结构上，同一变比下测量CT铁芯截面将小于保护CT，这就导致测量CT更易受到周围磁场的干扰[2]。查阅测量CT相关的电度表计资料可知电度表可耐受20倍额定电流（按额定短路电流为33847A计算，该值为677kA）0.5s，而发电机对称短路电流为185kA，因此可以认为在发生发电机短路故障时电度表计并不会损坏，CT取消仪表保安系数的要求后如发生短路故障，对所连接仪表及其回路将不会产生干扰，因此理论上方案三是可行的。

2 对机组的建议方案

目前阶段，对于已进入商运模式的机组，可考虑采用上述方案三进行变更，事实上，对于三门核电1号机组，前期已采用将测量CT4的相关负载改接至CT08的临时方案来解决该问题，改接后发电机电度表测量值及厂用电率计算准确。

传统上出于防止电子式仪表受到干扰的目的，对测量级CT提出了仪表保安系数的要求，对比同一变比下的保护CT，具有仪表保安系数要求的CT在结构上抗电磁干扰的能力较弱，而实际目前市场上数字式仪表均具有较强的抗干扰及暂态穿越能力。根据《DL/T866-2015电流互感器和电压互感器选择和计算导则》章节4.4.1规定，准确等级为0.1、0.2、0.5及1的测量用电流互感器，其二次负荷值范围不应超过“25%-100%额定负荷”，三门机组发电机测量CT额定容量为100VA，根据现场试验数据计算测量CT的负载率在8%至14%之间，较小的负载率相对可提高CT的抗饱和能力，但该数值不能满足CT精度保证值的负载率要求[3]。

综上，对于已建成机组，为了避免测量与保护CT混用的问题，可以考虑在大修阶段安排时间窗口将现有的测量CT更换为无仪表保安系数要求的测量CT，以实现对发电机功率的准确测量以及厂用电率的准确计算；对于后续工程及其他大功率机组，综合考虑制造难度及成本，在设计阶段就可对仪表保安系数不做要求，同时，为了满足测量CT精度保证值的需求，可以将测量CT额定容量由100VA减小为50VA。