10.5kV电压等级并网的新能源电厂主变压器设置问题及分析

李丰田

（成来电气科技有限公司，吉林 白城 137300）

在我国快速发展期间，环境问题日益突出，人们更加注重环保工作，垃圾焚烧发电开始出现，并成为当下的主要发展方向之一。位于某市的垃圾焚烧发电厂，每天的焚烧炉处理规模为500t，配有10MW凝气式汽轮发电机组1台，升压用主变压器型号为SZ11-10000/10，出线电压为10.5kV，经10kV直配线路经断路器与上级变电站10kV母线进行连接。本文以该案例为例，对10.5kV电压等级并网的新能源电厂主变压器设置问题进行了分析。

1 电流计算

发电机定子发生单相接地故障，故障电流是其直接相连的电网的对地电容电流，主要包括所有架空线线路、发电机等。在对不同的电容电流进行计算时，要符合相关要求及标准。下面对厂外、厂内两个部分的电容值进行计算，并最终得出总电容值。

1.1 厂外部分

通过了解，发现上网线路电缆、上级变电站10kV母线出线电缆的长度分别为2km与26km，这样就可以通过公式得出对厂外电缆的电容电流。

（1）厂外电缆：L*，代入数据可以得到最终结果为29.4A；对于架空线路而言，对于上级变电站10kV母线出线架空线的情况，可以按照10回计算，每回为2km。（2）架空线：**L*，代入数据可以得到最终的结果为0.266A；在了解变电站站增加的接地电容电流附加值时，需要从由《电力工程电气设计手册—一次部分》中找，通过分析发现，10kV电压等级的附加值为16%。综合分析，可以得到厂外系统对地电容值的计算为：（29.4+0.566）×（1+0.16）=34.749A。

1.2 厂内部分

在厂内，10kV电缆的长度为1.6km，所以在对厂内电流进行计算过程中，可以按照下面公式确定。

（1）厂内电缆：L*，代入数据计算可得结果为1.68A。在本项目工程中，发电机电压回路主要是发电机出线母线，母线的回路长度为10m。（2）母线：Ic=（0.5'1）·L·10-3，代入数据可得结果为0.01A。（3）发电机：Ic=0.46A。（4）变电站：在电压为10kV的变电站中，变电站增加的接地电容电流附加值为16%。

通过上面的分析，可以发现，当发电机定子在出现单相接地故障时，在厂内各个系统中对地电容可以合计计算：（1.68+0.01+0.46）×（1+0.16）=2.494A。厂外系统对地电容值+厂内系统对地电容值=34.749+2.494=37.243A。

2 主变设置、发电机中性接地方式选择问题

通过上文分析，可知当发电机定子出现单相接地故障时，一般是由于电厂上网路不经隔离措施而直接并网造成的，这时，发生单相接地故障后，电流值为37.243A。按照目前国家的相关标准来看，发电机内部在出现单相接地故障后，当额定电压在6.3kV以上时，不用瞬时进行切机操作，发电机单相接地故障电流最高不允许值需按照标准进行确定，并且在中性点不接地方式的应用下，不能超过标准值（需按照《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》中3.1.3的要求进行操作），如果超出该值，要使用中性点谐振的接地方式进行处理。在规范的3.1.3的规定下，可知出现单相接地故障后，6.3kV发电机的电流允许值为50MW以内，且电流为3A。为确保安全，当单相接地故障出现后，不用进行瞬间切机，且在有单相接地故障，并使用中性点不接地方式时，电流最好允许值为3A。为确保发电机中性点不接地方式应用的可靠性，需针对实际情况选择合理方案，下面就对常见的三种方案进行介绍。

2.1 不接地方式

单相接地故障问题在发电机内部发生后，不要求瞬时切机，将隔离变压器设置在上网线路出线处，确定为主变压器，这样可以对厂外系统进行有效隔离，发电机中性点采用不接地方式。中性点不接地的优势明显，其特点主要表现为：（1）当单相接地故障的电流在10A以下时，位于故障点的电弧会自熄，绝缘可以在自熄后恢复。（2）系统的对称性不会受到单相接地的影响，出现故障后也可以运行一段时间，对于故障线路的检查更加方便。

2.2 消弧线圈接地方式

单相接地故障在发电机内部发生后，不要求瞬时切机，变压器在上网线路出线处不用进行隔离，采用消弧线圈接地方式在发电机中性点进行接地，在选择消弧线圈容量时，可以按照下面公式进行确定：。

中性点经消弧线圈接地也有一定的适用范围，一般情况下，要将单相接地故障电容电流Ic控制在10A以下，且以架空线路为主。同时，中性点经消弧线圈接地方式具有以下特点：

（1）在对电网对地电容电流进行补偿时，弧线圈的感性电流能够实现这一操作。这样在出现单相接地故障后，电流在10A以内，这样故障点的电弧能实现自熄。（2）位于故障点的绝缘能实现自行恢复。（3）对系统对称性不会产生破坏，利于故障线路查找。

2.3 高电阻接地方式

单相接地故障在发电机内部出现后，变压器不需要在上网线路出线处隔离，在发电机中性点采用经高电阻接地方式。在发电机中性点变压器二次绕组上接接地电阻器。高电阻接地方式的特点主要表现为：（1）对单相接地暂态过电压进行抑制；（2）待故障运行2h后，用户可以选择快速跳闸或者定时跳闸；（3）多运用于小于10A的变电站；（4）结构相对比较简单，维护比较方便。

2.4 方案确定

通过上面三种方案的介绍，在设计过程中，还需结合实际情况进行确定，数据收集较难、系统规模多变等是厂外电力系统侧存在的问题，在对消弧线圈、电阻参数等进行确定上难度较大。同时，由于10.5kV电压等级直接并网是实际设计过程中所采用的方式，发电机母线短路电流超过31.5kA的情况比较常见，在较大的电流下，对于10kV电气设备的要求提升，从而增加设备成本。所以，在综合分析后可以选择（1）的方案。选择方案（1）的主要原因是由于隔离器在线路处的设置，可以对外网进行电气隔离，这样就不需要再使用中性点接地设备，对于系统短路电流的限制作用效果较好，而且方案（1）在实际应用中具有较强的实用性，而且受到外网系统侧的影响较小。

3 结语

垃圾焚烧发电厂作为实现“绿色发展”的重要途径，随着我国相关产业的快速发展，为实现垃圾焚烧发电厂的可持续发展，在设计时，可以采用10.5kV电压等级直接并网的方式，在设计过程中，需对发电机定子发生单相接地故障问题进行考虑，并在此基础上探究在故障出现后电网侧提供的对地电容电流的影响，然后，在主变设置、中性接地方式选择问题分析下，最终确定主接线的最优方案，确保垃圾焚烧发电厂的健康运行。