CN108512211B - 组合柜体式阻抗型巨型发电机组中性点接地装置 - Google Patents

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CN108512211B CN201810512301.0A CN201810512301A CN108512211B CN 108512211 B CN108512211 B CN 108512211B CN 201810512301 A CN201810512301 A CN 201810512301A CN 108512211 B CN108512211 B CN 108512211B
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Abstract

本发明公开了一种组合柜体式阻抗型巨型发电机组中性点接地装置，涉及一种发电机组中性点接地装置。它包括电阻器柜、变压器柜和电抗器柜、第一操作机构底座、第二操作机构底座、第一支柱绝缘子、第二支柱绝缘子、开关刀闸、开关传动器、开关传动手柄、开关传动三角块、变压上铁轭、变压下铁轭、电阻壳体、电阻器、电抗壳体和电抗器、第一电抗支撑架、第二电抗支撑架、电抗隔板，电抗器上安装有电抗器进线，电抗器上端与电抗壳体的侧壁连接，电抗器下端与第一电抗支撑架连接，第二电抗支撑架和电抗隔板之间为预留的电抗器空间。本发明可以对单一设备柜内的设备进行改造或更换，改造更灵活、更容易。

Description

组合柜体式阻抗型巨型发电机组中性点接地装置
技术领域
本发明涉及一种发电机组中性点接地装置，具体的说是一种组合柜体式阻抗型巨型发电机组中性点接地装置。
背景技术
在发电机组的接地侧，对于600MW以下的单个发电机组，国内通常采用电抗接地或高阻接地(有变压器)，国外通常采用电抗接地。
对于600MW以上的巨型机组，国外的电抗接地方式能够满足要求，但由于要有过载保护装置，因此成本较高；在600MW以上的巨型机组中，由于600MW的机组电流很容易达到30A，会烧坏电芯，造成资源浪费，因此，目前，国内是将600MW以上的巨型机组分成若干个联结在一起的大型机组或中小型机组，从而使单个的机组的容量不会大于600MW，从而满足我国国内通用的机组建造方法。
针对国内发电机组的机组电容电流容易过大的问题，中国发明专利“一种发电机中性点高感抗接地装置”(专利号：ZL201510310760.7)公开了一种发电机中性点高感抗接地装置，该装置能够使得短路电流限值到15A以下，其适用的对象为200MW以下的中小型发电机组，单相对地电容为2.068μF。而针对600MW及以上容量的巨型水轮发电机，则上述发电机中性点高感抗接地装置并不能满足要求，具体原因如下：若采用该专利记载的结构，则由于该中性点接地装置将所有电气设备均放置在机组壳体内，故中性点接地装置的不仅体积会很大(高度如果太高，则装机不方便)，而且检修不方便(由于所有机组放置在同一个装置内，故修改不方便)。
同时，针对国内发电机组的机组电流容易过大的问题，中国实用新型专利“新型中性点接地电阻器”(专利号：ZL200920096920.2”)公开了一种新型中性点接地电阻器，该装置是在经配电变压器的高阻接地方式基础之上的改进，其还是难以解决巨型水轮发电机定子绕组对地电容较大带来的问题。同时由于该装置仅改变电阻值的大小，在接地故障电容电流超过18A时，将难以限制接地故障电流至25A以下。
发明内容
本发明的目的是为了克服背景技术的不足之处，而提供一种组合柜体式阻抗型巨型发电机组中性点接地装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：组合柜体式阻抗型巨型发电机组中性点接地装置，其特征在于：包括电阻器柜、变压器柜和电抗器柜；
所述变压器柜包括变压壳体、支架隔板、位于支架隔板上方的开关操作机构、位于支架隔板下方的变压机构；
所述支架隔板、开关操作机构和变压机构均安装在变压壳体内部；
所述开关操作机构包括第一操作机构底座、第二操作机构底座、第一支柱绝缘子、第二支柱绝缘子、开关刀闸、开关传动器、开关传动手柄、开关传动三角块，所述第一操作机构底座和第二操作机构底座均安装在支架隔板上，第一支柱绝缘子安装在第一操作机构底座上，第二支柱绝缘子安装在第二操作机构底座上，所述开关刀闸一端与第一支柱绝缘子连接，另一端与第二支柱绝缘子连接，所述开关传动器一端与开关刀闸连接，另一端与开关传动三角块的端部铰接，所述开关传动三角块的中部与第一操作机构底座铰接，所述开关传动手柄安装在第一操作机构底座上，且开关传动手柄的输出端与开关传动三角块的中部连接并带动开关传动三角块转动；
所述变压机构包括变压上铁轭和变压下铁轭，变压下铁轭下端通过变压支撑块安装于变压壳体底端，变压下铁轭上安装有两个间隔布置的变压器绕组，且两个变压器绕组之间通过绕组联结线连接，所述绕组联结线上还安装有变压铜排，变压铜排通过变压绝缘柱与变压壳体的内侧壁连接；
所述电阻器柜包括电阻壳体和电阻器，电阻壳体内部自上而下依次连接有第一电阻支撑架、第二电阻支撑架和电阻隔板，所述电阻器上安装有电阻器进线和若干电阻铜排，且电阻器上端通过第一电阻绝缘子与电阻壳体的侧壁连接，电阻器下端通过第二电阻绝缘子与第一电阻支撑架连接，所述第一电阻支撑架下端连接有电阻网罩，第二电阻支撑架上安装有第一电流互感器，所述第二电阻支撑架和电阻隔板之间为预留的电阻器空间；
所述电抗器柜包括电抗壳体和电抗器，所述电抗壳体内部自上而下依次连接有第一电抗支撑架、第二电抗支撑架和电抗隔板，所述电抗器上安装有电抗器进线，且电抗器上端通过第一电抗绝缘子与电抗壳体的侧壁连接，电抗器下端通过第二电抗绝缘子与第一电抗支撑架连接，所述第一电抗支撑架下端连接有电抗网罩，第二电抗支撑架上安装有第二电流互感器，所述第二电抗支撑架和电抗隔板之间为预留的电抗器空间；
所述电阻壳体外部和电抗壳体外部均连接有安装有百叶窗和地线入口，所述电阻隔板和电抗隔板上均安装有冷露装置和电加热器端子。
在上述技术方案中，所述电阻器柜和电抗器柜位于变压器柜的二次侧或同侧，当电阻器柜和电抗器柜为串联联结时，变压器柜的输入端接入电阻器柜的输入端，电阻器柜的输出端与电抗器柜的输入端联结，电抗器柜的输出端与变压器柜的输出端联结；当电阻器柜和电抗器柜为并联联结时，变压器柜的输入端接入电阻器的输入端，同时接入电抗器柜的输入端；
在上述技术方案中，电阻器柜上的电阻R和电抗器柜上的电感XL应当满足满足如下公式：
Figure BDA0001672668410000031
Figure BDA0001672668410000032
其中，公式(4)适用于电阻器柜和电抗器柜串联联结，公式(5)适用于电阻器柜和电抗器柜并联联结，UN为发电机的额定电压，C0为定子绕组单相对地总电容，ω为角频率，j为虚数单位，Isafe为短路电流限值，Usafe为暂态过电压限值，R为电阻，XL为电抗，vlim为技术导则规定的脱谐度的限值；
本发明提供了一种组合柜体式阻抗型发电机中性点接地装置，与现有技术相比，具有如下优点：
1、便于安装和维护，传统的中性点接地装置将全部设备放置于一个柜体内，这种布置方式虽然可以一定程度上节省空间位置，但单个柜体体积大，重量重，安装和维护均不方便，采用组合柜体之后，单个柜体拆分成3个柜体，单个柜体体积小，重量轻，更易安装和维护，也便于更换。
2、电气联结方式及参数配置可以灵活选择。
3、当发电厂增容改造或其他需要变更接地变压器或电阻器或电抗值等的情况时，可以对单一设备柜内的设备进行改造或更换，改造更灵活、更容易。
4、电动操作机构的引入可以实现隔离开关的电动操作，满足需要对接地装置进行电气切换的要求。
附图说明
图1为电阻器柜的结构示意图。
图2为电抗器柜的结构示意图。
图3为变压器柜的结构示意图。
图4为电抗器柜的外壳的结构主视图。
图中1-电阻器柜，11-电阻壳体，12-电阻器，13-第一电阻支撑架，14-第二电阻支撑架，15-电阻隔板，16-电阻器进线，17-电阻铜排，18-第一电阻绝缘子，19-第二电阻绝缘子，110-电阻网罩，111-第一电流互感器，112-电阻器空间，2-变压器柜，21-变压壳体，22-支架隔板，3-电抗器柜，31-电抗壳体，32-电抗器，33-第一电抗支撑架，34-第二电抗支撑架，35-电抗隔板，37-第一电抗绝缘子，38-第二电抗绝缘子，39-电抗网罩，310-第二电流互感器，311-电抗器空间，4-开关操作机构，41-第一操作机构底座，42-第二操作机构底座，43-第一支柱绝缘子，44-第二支柱绝缘子，45-开关刀闸，46-开关传动器，47-开关传动手柄，48-开关传动三角块，5-变压机构，51-变压上铁轭，52-变压下铁轭，53-变压器绕组，54-绕组联结线，55-变压铜排，61-百叶窗，62-地线入口，63-冷露装置，64-电加热器端子。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：组合柜体式阻抗型巨型发电机组中性点接地装置，包括电阻器柜1、变压器柜2和电抗器柜3；
其中，所述电阻器柜1和电抗器柜3位于变压器柜2的二次侧或同侧，当电阻器柜1和电抗器柜3为串联联结时，变压器柜2的输入端接入电阻器柜1的输入端，电阻器柜1的输出端与电抗器柜3的输入端联结，电抗器柜3的输出端与变压器柜2的输出端联结；当电阻器柜1和电抗器柜3为并联联结时，变压器柜2的输入端接入电阻器12的输入端，同时接入电抗器柜3的输入端；
其中，电阻器柜1上的电阻R和电抗器柜3上的电感XL应当满足满足如下公式：
Figure BDA0001672668410000051
Figure BDA0001672668410000052
其中，公式(4)适用于电阻器柜1和电抗器柜3串联联结，公式(5)适用于电阻器柜1和电抗器柜3并联联结，UN为发电机的额定电压，C0为定子绕组单相对地总电容，ω为角频率，j为虚数单位，Isafe为短路电流限值，Usafe为暂态过电压限值，R为电阻，XL为电抗
所述变压器柜2包括变压壳体21、支架隔板22、位于支架隔板22上方的开关操作机构4、位于支架隔板22下方的变压机构5；
所述支架隔板22、开关操作机构4和变压机构5均安装在变压壳体21内部；
所述开关操作机构4包括第一操作机构底座41、第二操作机构底座42、第一支柱绝缘子43、第二支柱绝缘子44、开关刀闸45、开关传动器46、开关传动手柄47、开关传动三角块48，所述第一操作机构底座41和第二操作机构底座42均安装在支架隔板22上，第一支柱绝缘子43安装在第一操作机构底座41上，第二支柱绝缘子44安装在第二操作机构底座42上，所述开关刀闸45一端与第一支柱绝缘子43连接，另一端与第二支柱绝缘子44连接，所述开关传动器46一端与开关刀闸45连接，另一端与开关传动三角块48的端部铰接，所述开关传动三角块48的中部与第一操作机构底座41铰接，所述开关传动手柄47安装在第一操作机构底座41上，且开关传动手柄47的输出端与开关传动三角块48的中部连接并带动开关传动三角块48转动；
所述变压机构5包括变压上铁轭51和变压下铁轭52，变压下铁轭52下端通过变压支撑块安装于变压壳体21底端，变压下铁轭52上安装有两个间隔布置的变压器绕组53，两个变压器绕组53均与变压上铁轭51连接，且两个变压器绕组53之间通过绕组联结线54连接，所述绕组联结线54上还安装有变压铜排55，变压铜排55通过变压绝缘柱与变压壳体21的内侧壁连接；
所述电阻器柜1包括电阻壳体11和电阻器12，电阻壳体11内部自上而下依次连接有第一电阻支撑架13、第二电阻支撑架14和电阻隔板15，所述电阻器12上安装有电阻器进线16和若干电阻铜排17，且电阻器12上端通过第一电阻绝缘子18与电阻壳体11的侧壁连接，电阻器12下端通过第二电阻绝缘子19与第一电阻支撑架13连接，所述第一电阻支撑架13下端连接有电阻网罩110，第二电阻支撑架14上安装有第一电流互感器111，所述第二电阻支撑架14和电阻隔板15之间为预留的电阻器空间112；
所述电抗器柜3包括电抗壳体31和电抗器32，所述电抗壳体31内部自上而下依次连接有第一电抗支撑架33、第二电抗支撑架34和电抗隔板35，所述电抗器32上安装有电抗器进线，且电抗器32上端通过第一电抗绝缘子37与电抗壳体31的侧壁连接，电抗器32下端通过第二电抗绝缘子38与第一电抗支撑架33连接，所述第一电抗支撑架33下端连接有电抗网罩39，第二电抗支撑架34上安装有第二电流互感器310，所述第二电抗支撑架34和电抗隔板35之间为预留的电抗器空间311；
所述电阻壳体11外部和电抗壳体31外部均连接有安装有百叶窗61和地线入口62，所述电阻隔板15和电抗隔板35上均安装有冷露装置63和电加热器端子64。
实际工作时，本发明的布置方法包括如下步骤，
步骤一：先由业主、设计方和设备生产制造商确定好中性点接地方案及设备参数，然后按照确定好的方案，在厂房发电机层进行水轮发电机组的设备布置；
步骤二：输入发电机的额定电压UN，定子绕组单相对地总电容C0、短路电流限值Isafe与暂态过电压限值Usafe，判断发电机是否需要接地，若需要接地，则安装中性点接地装置，若不需要接地，则不安装中性点接地装置，其中，发电机是否接地的判定条件包括单相接地电流是否超过允许值，和发电机容量是否大于125MW；
步骤三：当判定发电机需接地时，根据电力行业涉及准则判断是否要求瞬间切机，若要求瞬间切机，则采用高电抗型接地方式(经消弧线圈接地，国外常用的现有技术)，若不要求瞬间切机，则进入下一步骤，即进行进一步判定是选择阻抗型接地方式，还是高电阻型接地方式；需要注意的是，不要求瞬间切机的情况下，也可以采用“高电抗”型(国外常用的现有技术)，但其需要考虑中性点位移电压等因素，且相对于另外两种方式的过电压幅值偏高，故本发明不推荐；
步骤四：根据发电机的固有电容电流Ic，比较固有电容电流Ic与短路电流Isafe的限值，若
Figure BDA0001672668410000071
则考虑高电阻型接地方式，此为现有技术，具体电阻值配置方法可依据NB/T 35067-2015《水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则》；若/>
Figure BDA0001672668410000081
则考虑阻抗型接地方式，进入下一步骤；
步骤五：根据短路电流的限值，以及电阻R与电抗XL的参数配置区间的确定公式，确定电阻R与电抗XL的参数配置区间，同时，根据暂态过电压限值Usafe，以及电感值的欠补偿公式，确定最终的电阻R与电抗XL接地参数配置方式；
其中，电阻R与电抗XL的参数配置区间的确定公式如下：
Figure BDA0001672668410000082
Figure BDA0001672668410000083
电感值的欠补偿取值区间为：
Figure BDA0001672668410000084
其中，公式(1)适用于串联型，公式(2)适用于并联型，UN为发电机的额定电压，C0为定子绕组单相对地总电容，ω为角频率，j为虚数单位，Isafe为短路电流限值，Usafe为暂态过电压限值，R为电阻，XL为电抗，vlim为技术导则规定的脱谐度的限值；
步骤六：输出最终的接地方案配置参数，并根据最终的电阻R与电抗XL接地参数安装组合柜体式阻抗型发电机中性点接地装置。
实际工作时，巨型水轮发电机组阻抗参数确定方法包括如下步骤，
S1：基于发电机的额定电压UN，定子绕组单相对地总电容C0，短路电流安全限值Isafe，以及电阻R与电抗XL的参数配置区间的确定公式，确定电阻R和电抗XL的参数配置区间，具体的确定公式可参照上述的公式(1)和公式(2)；
S2：根据公式(1)确定的电阻R和电抗XL的参数配置区间，绘制电阻R和电抗XL的关系曲线；
S3:在上述步骤S2对应的电阻和电抗曲线上(而非取值区间内)，并根据电感值的欠补偿区间，在[XS0,+∞)区间范围内，寻找使得暂态过电压Up为2.6pu的数值点，此时确定的串联电阻RS和串联电感XS即为对应的配置参数；其中，电感值的欠补偿区间为：
Figure BDA0001672668410000091
其中，vlim为技术导则规定的脱谐度的限值；
S4：根据公式(2)确定的电阻R和电抗XL的参数配置区间，绘制电阻R和电抗XL的关系曲线；
S5：在上述S4对应的电阻和电抗曲线上(而非取值区间内)，并根据电感值的欠补偿区间，在[XP0,+∞)区间范围内，寻找使得暂态过电压Up为2.6pu的数值点，此时确定的串联电阻Rp和串联电感Xp即为对应的配置参数；其中，电感值的欠补偿区间为：
Figure BDA0001672668410000092
S6：结合技术经济性和技术可行性，并根据最终的电阻R与电抗XL接地参数安装组合柜体式阻抗型发电机中性点接地装置。
实际工作时，根据暂态过电压限值Usafe，应用智能搜索算法，形成最终的接地参数配置方式。智能搜索算法的具体原理是：在确定的搜索范围内，以一定的步长对范围内的电阻与电抗值进行分析计算，自动寻找符合暂态过电压限值要求的接地参数配置方式，具体地：先确定满足脱谐度要求的在欠补偿条件下消弧线圈的电感值，综合接地参数的初选方案；进一步确定电阻R的范围；确定电阻和电抗搜索范围之后，进而应用智能搜索算法，寻找搜索范围内满足暂态过电压限值Usafe的接地参数配置方式。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (2)

1.一种组合柜体式阻抗型巨型发电机组中性点接地装置，其特征在于：包括电阻器柜、变压器柜和电抗器柜(3)；
所述变压器柜包括柜体外壳(21)、支架隔板(22)、位于支架隔板(22)上方的开关操作机构(4)、位于支架隔板(22)下方的变压器本体(5)；
所述支架隔板(22)、开关操作机构(4)和变压器本体(5)均安装在柜体外壳(21)内部；所述开关操作机构(4)包括第一操作机构底座(41)、第二操作机构底座(42)、第一支柱绝缘子(43)、第二支柱绝缘子(44)、开关刀闸(45)、开关传动器(46)、开关传动手柄(47)、开关传动三角块(48)，所述第一操作机构底座(41)和第二操作机构底座(42)均安装在支架隔板(22)上，第一支柱绝缘子(43)安装在第一操作机构底座(41)上，第二支柱绝缘子(44)安装在第二操作机构底座(42)上，所述开关刀闸(45)一端与第一支柱绝缘子(43)连接，另一端与第二支柱绝缘子(44)连接，所述开关传动器(46)一端与开关刀闸(45)连接，另一端与开关传动三角块(48)的端部铰接，所述开关传动三角块(48)的中部与第一操作机构底座(41)铰接，所述开关传动手柄(47)安装在第一操作机构底座(41)上，且开关传动手柄(47)的输出端与开关传动三角块(48)的中部连接并带动开关传动三角块(48)转动；
所述变压器本体(5)包括变压器上铁轭(51)和变压器下铁轭(52)，变压器下铁轭(52)下端通过变压器支撑块安装于变压器柜的柜体外壳(21)底端，变压器下铁轭(52)上安装有两个间隔布置的变压器绕组(53)，且两个变压器绕组(53)之间通过绕组联结线(54)连接，所述绕组联结线(54)上还安装有变压铜排(55)，变压铜排(55)通过变压绝缘柱与变压器柜的柜体外壳(21)的内侧壁连接；
所述电阻器柜包括电阻壳体(11)和电阻器(12)，电阻壳体(11)内部自上而下依次连接有第一电阻支撑架(13)、第二电阻支撑架(14)和电阻隔板(15)，所述电阻器(12)上安装有电阻器进线(16)和若干电阻铜排(17)，且电阻器(12)上端通过第一电阻绝缘子(18)与电阻壳体(11)的侧壁连接，电阻器(12)下端通过第二电阻绝缘子(19)与第一电阻支撑架(13)连接，所述第一电阻支撑架(13)下端连接有电阻网罩(110)，第二电阻支撑架(14)上安装有第一电流互感器(111)，所述第二电阻支撑架(14)和电阻隔板(15)之间为预留的电阻器空间(112)；
所述电抗器柜(3)包括电抗壳体(31)和电抗器(32)，所述电抗壳体(31)内部自上而下依次连接有第一电抗支撑架(33)、第二电抗支撑架(34)和电抗隔板(35)，所述电抗器(32)上安装有电抗器进线，且电抗器(32)上端通过第一电抗绝缘子(37)与电抗壳体(31)的侧壁连接，电抗器(32)下端通过第二电抗绝缘子(38)与第一电抗支撑架(33)连接，所述第一电抗支撑架(33)下端连接有电抗网罩(39)，第二电抗支撑架(34)上安装有第二电流互感器(310)，所述第二电抗支撑架(34)和电抗隔板(35)之间为预留的电抗器空间(311)；所述电阻壳体(11)外部和电抗壳体(31)外部均连接有安装有百叶窗(61)和地线入口(62)，所述电阻隔板(15)和电抗隔板(35)上均安装有冷露装置(63)和电加热器端子(64)；
当电阻器柜和电抗器柜(3)为串联联结时，变压器柜的输入端接入电阻器柜的输入端，电阻器柜(1)的输出端与电抗器柜(3)的输入端联结，电抗器柜(3)的输出端与变压器柜的输出端联结；当电阻器柜和电抗器柜(3)为并联联结时，变压器柜的输入端接入电阻器(12)的输入端，同时接入电抗器柜(3)的输入端；
所述电阻器柜上的电阻R和电抗器柜(3)上的电感XL应当满足如下公式：
Figure FDA0004134600860000021
Figure FDA0004134600860000022
其中，公式(1)适用于电阻器柜和电抗器柜(3)的串联联结，公式(2)适用于电阻器柜(1)和电抗器柜(3)的并联联结，UN为发电机的额定电压，C0为定子绕组单相对地总电容，ω为角频率，j为虚数单位，Isafe为短路电流限值，Usafe为暂态过电压限值，R为电阻，XL为电抗。
2.根据权利要求1所述的组合柜体式阻抗型巨型发电机组中性点接地装置，其特征在于：所述电阻器柜和电抗器柜(3)位于变压器柜的二次侧或同侧。
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