浅析龚嘴水电厂机组、主变及线路电压互感器技改选型与配置

周 翔

(国能大渡河流域水电开发有限公司龚嘴水力发电总厂，四川 乐山 614900)

1 概 述

龚嘴水电厂水轮发电机组单机额定出力110MW，机端额定电压为15.75kV，每台水轮发电机组安装有三组编号为1YH、2YH、3YH的机端电压互感器(见图1)，均为单相干式浇筑绝缘型，其中1YH电压互感器为半绝缘型，2YH电压互感器和3YH电压互感器为全绝缘型，三组电压互感器接线方式均为Y/Y。1YH配置有1组星形绕组和1组剩余电压绕组，该星形绕组同时供两套机组保护装置、测速装置、调速器控制器、变送器、计量装置等设备或元件使用。线路额定电压220kV，每条安装有一组电容式电压互感器，配置有2组星形绕组和1组剩余电压绕组，第1组星形绕组供计量和测量使用，第2组星形绕组供两套保护装置共用。主变电量保护装置的零序电压取自主变相邻两条线路的剩余零序电压绕组，根据运行方式进行选择切换。上述电压互感器配置存在绕组负荷率较高、不满足双重化、多套装置共用绕组可靠性较低等问题。

图1 机端电压互感器电气一次接线

该水电厂针对以上问题对电压互感器进行了技改，机端电压互感器更换为3个绕组的配置，线路电压互感器更换为4个绕组的配置，新增的主变高压侧电压互感器采用5个绕组配置，同时根据负荷特点优化了准确级、容量和回路配置。

2 存在问题

2.1 机端电压互感器

原1YH电压互感器星形绕组准确级为0.2级，接入了计量装置、同期装置、变送器、数显表、调速器控制器、测速装置、机组保护装置、故障录波装置、安控装置共9类装置或元件，剩余电压绕组准确级为3p级，接入了保护装置、故障录波装置和变送器。2YH和3YH电压互感器准确级均为0.5级，分别作为两套励磁调节器专用(见表1)。

表1 机端电压互感器原配置

2.1.1 绕组准确级不满足装置要求

1YH电压互感器的绕组准确级为0.2级，属于测量级。计量装置、同期装置、监控用变送器、调速器控制器、测速装置需使用测量级的绕组。机组保护装置、故障录波装置和安控装置取用的电压互感器绕组准确级应为保护级，一般在5%～150%电压范围运行条件下，二次绕组电压方可保持在准确级要求的误差范围内。综上，1YH电压互感器的绕组准确级不满足保护装置、故障录波装置和安控装置的准确级要求。

2.1.2 不满足保护双重化配置要求

两套机组保护装置机端电压回路均取自1YH电压互感器的同一星形绕组，根据《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施(2018修订版)》中“15.2.2.1两套保护装置的交流电流应分别取自电流互感器互相独立的绕组；交流电压应分别取自电压互感器互相独立的绕组”的描述，两套保护装置电压回路不满足双重化配置要求。

2.1.3 多装置共用绕组，可靠性低，负荷率高

1YH电压互感器的星形绕组一共接入了16个装置或元件，分别是2只计量装置、1套同期装置、4只变送器、1只数显表、2套调速器控制器、2套测速装置、2套保护装置、1套故障录波装置和1套安控装置。当该绕组故障时，将影响除励磁调节器外所有机组保护、测量和自动控制装置，可靠性较低。该电压回路接入的装置数量多，负荷重，造成绕组负荷率偏高，也影响了绕组电压误差特性和装置采样准确性。

2.2 线路电压互感器

线路电压互感器星形绕组准确级为0.2级和3p级，0.2级绕组接入了计量装置、同期装置、变送器共3类装置或元件，3p级星形绕组接入了保护装置、故障录波装置和安控装置，剩余电压绕组准确级为3p级，接入了故障录波装置和主变电量保护装置(见表2)。

表2 线路电压互感器原配置

2.2.1 不满足保护双重化配置要求

两套线路保护装置线路电压回路均取自电压互感器的同一星形绕组，根据《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施(2018修订版)》中“15.2.2.1两套保护装置的交流电流应分别取自电流互感器互相独立的绕组；交流电压应分别取自电压互感器互相独立的绕组”的描述，两套保护装置电压回路不满足双重化配置要求。

2.2.2 绕组容量不满足选型要求

线路电压互感器二次绕组额定输出为100VA，计量装置用绕组的二次负荷测试结果为3.1VA,仅为额定输出的3.1%，不符合电能计量装置的配置原则中二次负荷应在25%～100%额定输出范围内的要求。

3 选型过程及配置方案

针对以上问题，该电厂开展了电压互感器的选型工作，制定了优化配置方案，对整个电压回路布局进行了调整，其中电压互感器一次电压和二次电压保持不变。

3.1 机端电压互感器

3.1.1 电压互感器型号选择

对电压互感器安装位置进行了核查，发现原安装位置已非常紧凑，限制了新互感器体积和接线方式的调整空间，最终决定沿用原型号的电压互感器，1YH电压互感器仍采用半绝缘，2YH、3YH电压互感器采用全绝缘，仅更新了设计序列号。为了满足双重化要求，3YH电压互感器配置1个剩余电压绕组，型号变更为JDZX。最终确定1YH电压互感器型号为JDZX14-15E，2YH电压互感器型号为JDZ14-15G，3YH电压互感器型号为JDZX14-15G。

3.1.2 二次绕组数量选择

受安装位置影响，互感器体积有限制，绕组数量也有一定限制。经调研，决定均选用体积满足要求且行业成熟产品，新电压互感器均配置3个绕组，3组互感器一共9个绕组，可满足灵活配置负荷分布的需求。

3.1.3 准确级选择

根据负荷类型选择电压互感器二次绕组的准确级。

计量装置、变送器、数显表、测速装置、调速器控制器、同期装置均需使用测量级的绕组，准确级均选用0.2级。按照《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》(DL/T 583—2018)要求，励磁调节器用电压互感器准确级不应低于0.5级，按此要求配置2个0.5级绕组，分布在2组YH上，供两套励磁调节器使用。

机组保护装置、故障录波装置和安控装置均需使用保护级的绕组，考虑保护装置重要性和双重化配置要求，确定配置3个准确级为3p级的星形绕组用于双套机组保护、故障录波和安控装置，其中1个作为冗余备用，配置2个准确级为3p级的剩余电压绕组，供双套机组保护、故障录波和变送器使用。

3.1.4 绕组分配选择

根据以上选型内容，共需3个3p级绕组、2个3p级剩余电压绕组、2个0.5级绕组和2个0.2级绕组，考虑到双重化配置需要，双套装置使用的绕组应分布在不同电压互感器上，确定的配置方案见表3。

表3 机端电压互感器技改后配置

3.2 线路电压互感器

3.2.1 电压互感器型号选择

3.2.2 二次绕组数量选择

经调研，决定选用满足要求的行业成熟产品，新电压互感器配置4个绕组，可以满足配置负荷分布的需求。

3.2.3 准确级选择

根据负荷类型选择电压互感器二次绕组的准确级。

计量装置用绕组独立配置，准确级选用0.2级。变送器、同期装置准确级选用0.5级。线路保护装置、故障录波装置和安控装置均需使用保护级的绕组，考虑保护装置重要性和双重化配置要求，确定配置2个准确级为3p级的星形绕组用于双套线路保护、故障录波和安控装置。考虑到绕组数量不充裕，且目前行业成熟的电压互感器产品绕组可以同时满足3p和0.5级准确级，故1套线路保护装置和变送器共同一个绕组。配置1个准确级为3p级的剩余电压绕组，供故障录波装置使用。

3.2.4 绕组分配选择

根据以上选型内容，共需1个0.2级绕组、2个3p/0.5级绕组、1个3p级剩余电压绕组，确定的配置方案见表4。

表4 线路电压互感器技改后配置

3.3 主变高压侧电压互感器

3.3.1 电压互感器型号选择及二次绕组数量选择

为了满足保护装置双重化配置和测量装置的需求，同时考虑一定的裕度，在该电厂的建议下，生产厂家设计并生产了5个绕组的电压互感器，满足了配置负荷分布的需求。

3.3.2 准确级选择

根据负荷类型选择电压互感器二次绕组的准确级。

变送器准确级选用0.5级。主变电气量保护装置使用保护级的绕组，考虑保护装置重要性和双重化配置要求，确定配置2个准确级为3p级的剩余电压绕组。考虑后期负荷的灵活配置，额外考虑配置1个0.2级绕组和1个3p/0.5级绕组，作为冗余备用，后期可用于同期装置、计量装置、保护装置、同步向量测量装置等。

3.3.3 绕组分配选择

根据以上选型内容，共需1个0.2级绕组、2个3p/0.5级绕组、2个3p级剩余电压绕组，确定的配置方案见表5。

表5 线路电压互感器技改后配置

4 结 语

龚嘴水电厂为了落实行业和电网对电压互感器回路和配置要求，通过设备技改，确保了机组、线路和主变电压互感器满足双重化配置的要求，提高了保护、测量和自动控制装置的可靠性，该配置方案可为其他同类型水电厂机端电压互感器的改造提供借鉴。

本文提出的配置方案还有两个可继续优化的回路：一是计量装置电压回路配置，设计时考虑其仅用于机组测量电量未用于结算，为了减少工程量和回路变动，保持2只计量装置共用1个绕组的配置，可按双套化配置优化；二是调速器控制器电压测频回路配置，双套化的控制器共用1路电压测频回路，可参照双套化配置优化，提升调速控制系统可靠性。