发电机出口配电方法

[技术领域]

[0001]本发明涉及冶金企业冗余发电机配电技术领域，尤其涉及一种在发电机出口使用普通配电断路器代替专用配电断路器的配电方法。

[背景技术]

[0002]目前，普通配电断路器的DC分断能力一般超过国标试验值的20%，能W分断中小容量发电机组出口短路电流，但承受暂态过电压(TRV)的能力不足；因此，在工业生产中，许多可以利用剩余能量的中小型发电机系统一般采用发电机出口专用断路器进行配电；普通配电断路器和发电机出口断路器的主要区别见表1:

[0003]表1发电机断路器和普通断路器的预期瞬态恢复电压

[0005]由于发电机出口专用断路器成本高，占地面积大，不适合在25mW以下的中小容量机组中使用。

[发明概述]

[0006]本发明提供一种发电机出口配电方法，利用普通配电断路器的高DC分量分断能力，通过设置继电保护和主联络线采用单母线分段结构，使配电系统形成“多断口断路器结构”，并利用阻容吸收装置的电容电压不会突变的特性，使暂态恢复电压满足要求， 从而实现用普通配电断路器代替发电机出口专用断路器完成发电机出口配电的目的； 可大大减少投资和占地面积，工作性能可靠，便于维修和更换。

[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现:

【000】介绍一种发电机出口功率分配方法，适用于发电机容量为25MW的中小型机组；包括以下步骤:

[0009] 1)电源负荷、厂用电负荷、阻容吸收装置和发电机依次并联到电网系统的低压母线上，厂用电负荷与备用电源并联；吸阻装置前并联支路设发电机出口配电断路器QFi，厂用电负荷前联络线设联络线断路器QF2，厂用电负荷并联支路设厂用电受电断路器QF3，备用电源和厂用电负荷并联支路设应急厂用电断路器QF4。qf1、QF2、QF3、QF4布置在同一侧，均为共用配电断路器；

[0010] 2)发电机的配电断路器和联络线断路器QF2分别与微机继电保护装置连接，厂用电受电断路器QF3附加快速切换装置；

【OOW 3】当发电机或联络线故障时，发电机出线断路器qf1、联络线断路器QF2、厂用电受电断路器QF3同时断开，其中qf1、QF2由微机继电保护装置断开，QF3由快速切换安装断开，应急厂用电断路器QF4闭合，为厂用电负荷持续供电；此时，QF1、QF2、QF3断路器的断口均为电源侧，可防止断路器断口两侧均为电源侧而导致的过电压可见性、峰值耐受电压不稳定等问题。

[0012]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:

[0013] 1)利用普通配电断路器高DC分量分断能力，配电系统通过设置继电保护，主接线采用单母线分段结构，形成“多断口断路器结构”，利用阻容吸收装置电容电压不会突变的特性，暂态恢复电压满足要求，从而实现用普通配电断路器代替发电机出口专用断路器完成发电机出口配电的目的；

[0014] 2)项目一次性投资成本大大降低，设备占地面积减少，电厂设备更加统一，便于维护和更换；

该方案简单易行，工作性能可靠。

[附图说明]

[0016]图1为本发明实施例中发电机出口配电的主要系统图。

[0017]图2为本发明实施例中发电机出口配电等效电力系统的单线布置图。

[0018]图3为本发明实施例中发电机出口配电的电力系统结构图。

图4是本发明实施例中阻抗元件的计算图。

[0020]图5为本发明实施例中阻抗计算的简图。

[0021]图6为本发明实施例中发电机的运行曲线。(涡轮发电机)

[0022]图7为根据本发明的普通配电断路器的电路图。

[0023]图8是根据本发明的发电机出口专用断路器的电路图。

[0024]图9为本发明实施例中发电机出口配电的电网结构示意图。

[0025]图10是本发明实施例中发电机出口配电的电路图。

[0026]图11为本发明实施例增加阻容吸收装置后的电路图。

[详细描述]

[0027]以下将参照附图进一步解释本发明的[详细说明]:

[0028]本发明的发电机出口功率分配方法适用于发电机容量。

[0029] 1)电源负荷、厂用电负荷、阻容吸收装置和发电机依次并联到电网系统的低压母线上，厂用电负荷与备用电源并联；吸阻装置前并联支路设发电机出口配电断路器QFi，厂用电负荷前联络线设联络线断路器QF2，厂用电负荷并联支路设厂用电受电断路器QF3，备用电源和厂用电负荷并联支路设应急厂用电断路器QF4。qf1、QF2、QF3、QF都是常见的配电断路器；(如图11所示)

[0030] 2)发电机出口配电断路器qf1和联络线断路器QF2分别与微机继电保护装置连接，厂用电受电断路器Q附加快速切换装置；

[0031] 3)当发电机或联络线故障时，发电机出口断路器qf1、联络线断路器QF2、厂用电受电断路器QF3同时断开，其中qf1、QF2由微机继电保护装置断开，QF3由快切装置断开，应急厂用电断路器QF4闭合，为厂用电负荷持续供电；此时，QF1、QF2、QF3断路器的断口均为电源侧，可防止断路器断口两侧均为电源侧而导致的过电压可见性、峰值耐受电压不稳定等问题。

[0032]本发明的普通配电断路器为真空断路器或六气化硫断路器；与普通配电断路器不同，发电机出口专用断路器更注重非周期元件的分断能力和过电压承受能力。而中小型冗余发电机组由于其节能性，大多采用直流电压接线方式接入系统，不具备电网调节能力。本发明利用高非周期分量配电断路器、阻容吸收装置和双断路器分断技术，使普通配电断路器可以代替发电机出口专用断路器完成发电机出口配电。

[0033]通过本发明，可以解决普通配电断路器开断发电机出口侧短路电流的问题。通过继电保护联动技术，优化电网结构，解决暂态过电压(TRV)问题，使W型普通配电断路器成功替代发电机出口专用断路器，降低企业成本。

[0034]以下实施例是在本发明技术方案的前提下实施的，并给出了具体的实施和操作过程。然而，本发明的保护范围不限于以下实施例。除非另有说明，以下实施例中使用的方法是常规方法。

[0035][示例]

[0036]新建一套干焰焦发电机组，额定容量为25MW，出线选择在企业总变电站IOkV侧。

[0037]总降压变电站的电压等级为66/10kv，有两台40MVA的主变压器。第六降压站V侧和IOkV侧的主接线型式均为单母线段。变电站IOkV系统原设备热稳定要求为31.5kA，3s，动稳定为SOkA。

[0038]总变电所66kV系统最大运行方式下短路容量为1263MVA，最小运行方式下短路容量为413mva”。10kV馈线最大保护值为新恢复线路，设置两段过流保护，过流N段定值4400A，延时0.5s，过流2200A段定值，延时1S。IOkV馈线保护最低整定值为双匝线路，设置两段过流保护，过流段N整定值为1100A，延时0.5s，过流段整定值为360A，延时为Is。

[0039]常用的配电断路器为VB2型US-12断路器，12kV，短时耐受电流40kA(4s)，峰值耐受电流125kA，固有最小-最小时间65ms，燃弧时间15ms，DC% = 52。

[0040]阻容吸收装置采用FGB-IOBF型；继电保护装置为RCS-985RS/SS。

[0041]在本实施例中，发电机出口配电一次系统图如图1所示，电力系统等效单线布置图如图2所示；

[0042]在本实施例中，本发明的发电机出口配电方法主要解决了W:

[0043] 1.发电机出口高非周期分量短路电流的开断问题；

[0044]当发电机出口短路时，即QFi断路器两侧都发生短路。此时QFi的短路电流是不一样的。在发电机侧附近短路时，电网系统提供的短路电流被QFI打开；当短路在QF2侧附近时，发电机提供的短路电流此时被QFi断开。

[0045]在该实施例中，发电机出口处的短路电流约为21。奥斯卡，电力网系统提供大约8。OSkA，发电机提供的短路电流约为13kA，非周期分量约占发电机提供的短路电流的70%。所需断路器的分断能力为40kA，非周期性分断能力> 23%。有关详细信息，请参见以下公式:

[0047]其中:id。MaxC短路电流非周期分量，Ta时间常数(X/R)；

[0048]发电机出口短路电流占非周期分量的百分比:

[0050]在本实施例中，选用的配电断路器为GE公司的VB2-P1US断路器，其分断能力为40kA，非周期分断能力为52%，既能分断短路电流的周期分量，又能满足非周期分量的分断能力。

[0051] 2.解决过电压上升率过大的问题；

[0052]根据图1和图2的分析，当发电机或联络线故障时，发电机出口配电断路器qf1、联络线断路器QF2和厂用电受电断路器QF3断开(qf1和QF2由微机继电保护装置断开，QF3由快速切换装置断开)，紧急厂用电断路器QF4闭合，继续为厂用电供电。此时，断路器qf1、QF2和QF3的一侧为电源侧，从而解决了由于断路器两侧均为电源侧而导致的过电压过大的问题。实践证明，1#和4#干焰焦化厂两次短路故障均成功拉开，表明本发明方法成功解决了技术难题，替代方案可行。

[0054]本实施例中短路电流的计算过程如下:

[0055]从图3所示的电力系统结构图中，可以得到短路电流计算时的阻抗元件计算图w(见图4)。

[0056] 1.每个元件的阻抗标准值计算如下:

[0057] 1)等效电网:

[0].

式中:Ss-系统短路容量(MVA)；Sj-参考容量(MVA)；

2)变压器:

其中:%——阻抗电压；sn——变压器的额定容量(MVA)；

[0061] 3)电缆线路:

[0062]

式中线路电抗的著名值；Uj-参考电压；

[006;3] 5)发电机:

[0064]

其中:X(f-发电机的二次瞬态电抗；SG-发电机的额定容量；

[00 ]6)限流电抗器:

[0067]其中:Xk %-电抗率；电抗器的非额定功率，电抗器内的额定电流；I j-参考电流；

[0068] 2.网络元素的标准值计算如下:

[0069] 1)电网电抗的标准值:

[0070]在最大运行模式下:

[0071]其中:Ssmax系统在最大运行模式下的短路容量(MVA)；

[0072]在最小操作模式下:

[0073]其中:最小运行模式下Ssmin系统的短路容量(MVA)；

[0074] 2)变压器电抗标准值:

[0076]在公式中:%阻抗电压；

[0077] 3)电缆线路电抗的标准值:

[007]单股电缆以之字形排列。单股电缆的导体直径为23.3mm，而电缆直径为42 mm，几何平均距离W等于3242 mm，钢绞线电缆等效半径=0.389d = 9.06。因此，单股电缆的电抗如下:

[0080]联络线电缆电抗标准值(共3次，每相并联)为:

[我

[0082] 4)发电机电抗标准值:

[0085]公式中:Xg*发电机次瞬态电抗标准单位值；Rg*发电机定子电阻标准值；

[0086] 5)限流电抗器的电抗标准值:

[0089]公式中:Xk*电抗器电抗标准单位值；*电抗器电阻标准值；

[0090] 3.网络的简化阻抗图如图5所示，网络元件标准值的简化计算如下:

[0091]在最大运行模式下:

[0092]脚；1、dish _ =-f X；+丠；>哎；；=华0792+乔华13+0.0379 -f 0.33 =华84

[0093]在最大运行模式下:

[0094]粘性物质，...，=穴位；+八；+思维+聪明；= (0792+23!3) Z17.56+0.0303+0083 = 0.0563

[0095]-/V；；=0.4742

[0096] Rq = 0.0068

[0097]阻抗比:

[0098]在最大运行模式下

[0099]IZ；，I = V '(è；；)?w):！= V0.4782' +0.0068' = 0.47次拍摄

[0100]其中:最大运行模式下短路阻抗的标准值；

[0101]发电机阻抗标准值；

[0102] 2)最大运行模式下的短路电流循环分量(由电网系统提供):

[0105]其中:1宽参考电流；

[0106] 3)最大运行模式下短路电流的非周期分量(由电网系统提供):

[0107]短路电流的非周期分量与断路器的分断时间有关，不同的时间对应不同的数值。本实施例采用的普通配电断路器从继电保护跳闸到断路器触头离开的分断时间约为60ms，非周期分量w的计算时间取为60ms。

[0109]W IDC . kimax的幅度为2.39kA，为瞬时电流值，不是有效值。

[0110]公式中:Ta为常数衰减时间。

[0111] 4)短路电流周期分量(由发电机提供):

[0112]当K3点短路时，将转换为W发生器的标准值Zcc作为参考值:

[0114]利用汽轮机运行曲线法，查图6曲线(汽轮发电机运行曲线，Xc = 0.12-0.5，t = 0-ls)，横坐标Xc = 0.15，t = 0.06s可得:

[0115]电流标准值= 6.1，W发电机提供的短路电流为:

[0116]公主=/::X4 3 6.1x1，714 2 10.46M，其中:电机额定电流1飞溅。

[0117]5点限流电抗器最大运行模式下短路电流的非周期分量(由发电机提供):

[0119] W id。k3maxC的幅值为11.49kA，是一个瞬时电流值，不是有效值。

[0120]其中:Ta是衰减时间常数(

).

[0121] 6)最大运行模式下短路电流计算结果:

[0122]表3.24 K3短路电流计算结果

[0124]从结果w可以看出，采用限流电抗器后，短路电流的周期和非周期分量之比大大降低，特别是非周期分量的限制更加明显。

[0125]但是，电阻元件对断路器的分断能力有很大影响。无论是系统还是发电机，任一电源单独动作时，其非周期分量对于VB2- US断路器为40kA，容量比例分别为

[0126]计算结果表明，虽然发电机出口短路电流含有大量DC分量，但只要合理选择配电断路器的开断能力，普通配电断路器完全可以胜任。

[0127]本实施例中过电压的解决方案如下:

[0128]普通配电断路器为单电源系统结构，其电路图如图7所示。当负荷侧有故障时，QF断开，QF两侧承受的电压仅为单侧供电，且满足表1的要求。

[0129]发电机出口专用断路器为双电源系统结构，其电路图如图8所示。当负载侧有故障时，QF断开，QF两侧承受的电压为双边供电，符合表1的要求。这是发电机出口专用断路器与普通配电断路器的本质区别。

[0130]图3所示的电力系统结构图可以w简化为图9所示的电网结构图，然后在忽略发电机出口电容后w简化为图10所示的电路图；根据图1、图2、图10分析，当发电机或联络线故障时，发电机出口配电断路器qf1、联络线断路器QF2、厂用电受电断路器Q同时断开(qf1、QF2由微机继电保护装置断开，QF3由快切装置断开)，应急厂用电断路器QF4闭合，为厂用电持续供电。此时断路器qf1、QF2、QF3的断口都在电源侧，形成与图9相同的系统结构，从而保证了配电断路器在系统结构中取代发电机出口断路器，解决了断路器两侧都在电源侧造成的过电压泄漏和耐受峰值电压不稳定的问题。

[0131]同时，利用“电容器元件电压不能突变”的特性，在发电机出口并联阻容吸收装置，延长了电压波形的恢复时间，从而缓和了过电压上升的可见性，也有一定的抑制谐振和消除谐波的作用(如图11)。

[0132]

[0133]以上仅是本发明的优选[详细描述]，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本技术领域的人，在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加上W等同替换或变化，都应包括在本发明的保护范围内。

[主权项目]

1.一种发电机出口功率分配方法，适用于发电机容量< 25MW的中小型机组；其特征在于，包括以下步骤:1)将电源负荷、厂用电负荷、阻容吸收装置和发电机依次并联到电网系统的低压母线上，厂用电负荷再并联备用电源；吸阻装置前并联支路设发电机出口配电断路器qf1，厂用电负荷前联络线设联络线断路器QF2，厂用电负荷并联支路设厂用电受电断路器QF 3，备用电源和厂用电负荷并联支路设应急厂用电断路器QF^QF^QFs、QF3、QF4，均为常用配电断路器。2)发电机出口配电断路器qf1和联络线断路器QF2分别与微机继电保护装置连接，厂用电受电断路器QF 3附加快速切换装置；3)当发电机或联络线故障时，发电机出口断路器qf1、联络线断路器QF2和厂用电受电断路器QF3同时断开，其中QF^QFs由微机继电保护装置断开，QF 3由快速切换装置断开，应急厂用电断路器QF4闭合，为厂用电负荷持续供电；此时QF1、QF2、QF3的断路器都有电源侧的一侧，可以防止断路器断侧两侧造成的过电压陡度高、耐受峰值电压不稳定等问题。

【专利摘要】本发明涉及一种发电机出口配电方法，在电网系统的低压母线上依次并联电源负载、厂用电负载、阻容吸收装置和发电机，厂用电负载再并联备用电源；还有发电机出口配电断路器QF1、联络线断路器QF2、厂用电受电断路器QF3、应急厂用电断路器QF4；1、QF2、QF3、QF4布置在同一侧，均为共用配电断路器；1、QF2分别接微机继电保护装置，QF3另接快切装置；当发电机或联络线故障时，QF1、QF2、QF3同时断开，QF4闭合，为厂用电负荷持续供电；此时QF1、QF2、QF3断路器的断口都在一侧，电源侧。本发明实现了用普通配电断路器代替发电机出口专用断路器完成发电机出口配电的目的；可大大减少投资和占地面积，工作性能可靠，便于维修和更换。