主体变压器连同发电机的配置要求及设想.pptx

性仅由残压所决定，以及单位体积吸收能量较碳化硅非线性电阻片大510倍等优点，使它被广泛运用于现在的电站设计中。由于发电机断路器的装设，出现了发电机停机而主变压器还要倒送厂用电的运行方式。这一运行方式引起的另一个问题却被大家普遍忽视了，那就是：发电机与主变压器之间的避雷器应该如何配置在上世纪90年代漫湾电站设计时，由于没有合适的产品，发电机与主变压器之间没有装设断路器，因此，在发电机与主变压器之间装设的避雷器按保护发电机来选，这是正确的。笔者查阅了当时与漫湾电站相近投产的电站，均是这样设计的。但是笔者发现，最近投产的和将要投产的一些大型和中型电站，在已经装设了发电机断路器的情况下还是沿用过去的避雷器配置参数来选择氧化锌避雷器，笔者认为这是不妥当的。水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则DLT5090-1999此导则第8.3.8条规定：与架空线路连接的三绕组自耦变压器、变压器的低压绕组如有开路运行的可能和发电厂双绕组变压器当发电机断开由高压侧倒送厂用电时，应在变压器低压绕组出线上安装一组避雷器，以防来自高压绕组的雷电波的静电感应电压危及低压绕组绝缘，但如该绕组连有25m及以上金属外皮电缆段，则可不必安装避雷器。此导则第9.2.2条规定：在多雷区，对366kV电压出线的发电机变压器组，来自变压器高压绕组雷电波的电磁感应电压已超过磁吹避雷器的保护水平，应在发电机出口装设一组磁吹避雷器。本条的条文解释是：变压器高压侧为110kV及以上时，高压侧侵入雷电波，经变压器绕组间电磁感应传递至低压绕组的电压，还达不到发电机FCD避雷器的动作电压；但当电压为63kV及以下时，经变压器绕组间的电磁感应传递的过电压可使FCD避雷器动作。本条是根据论证资料变压器发电机组进波现场试验研究而修改订入。此导则第9.2.3条规定：无架空直配线的发电机，如与升压变压器之间的母线桥或组合导线无金属屏蔽部分的长度大于50m，应采取防止感应过电压的措施，在发电机侧每相装设0.15F电容器或磁吹避雷器，在变压器侧如已按8.3.8条装有避雷器，就不再增设，否则应装设一组阀式避雷器。这一条比较明确的是变压器低压侧要装设避雷器，而且在发电机与升压变压器之间的母线桥或组合导线无金属屏蔽部分的长度不大于50m时，只要变压器低压侧装设了避雷器，发电机就可不装设，但这一条没有明确指出：这组避雷器的参数是按保护主变低压绕组来定，还是按保护发电机来定。水力发电厂机电设计规范DLT5186-2004此规范第5.7.5条规定：应采用DLT5090要求的保护接线，对直配发电机进行过电压保护。对非直配发电机，可在变压器的低压侧装设避雷器或避雷器和保护电容器组合进行过电压保护。交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DLT620-1997此规范第9.12条规定：无架空直配线的发电机，如发电机与升压变压器之间的母线桥或组合导线无金属屏蔽部分的长度大于50m，应采取防止感应过电压的措施，在发电机回路或母线的每相导线上装设不小于0.15F的电容器或旋转电机阀式避雷器。如已按7.3.8要求装设避雷器，则可不再采取措施，但该避雷器应选用旋转电机阀式避雷器。很明显，此条规定并不是说发电机与变压器之间装设的避雷器都必须选用旋转电机阀式避雷器，而是说当发电机需要保护而又只装设一组避雷器的情况下，这组避雷器应选用旋转电机阀式避雷器。从另一方面理解，就是当发电机不需要保护时，这组避雷器就不应选用旋转电机阀式避雷器。（1）发电机母线断路器合上，若变压器高压侧避雷器接地离变压器较远时，反击电压对110kV及以下变压器的高压侧绝缘有危害，需在变压器高压侧附近装设避雷器。当有避雷器保护，变压器高压侧三相入口电容C1上的电压是不会超过变压器冲击耐压的保证值U10，因而可算出变压器低压侧和发电机所承受的反击电压U2，一般U2小于或等于U10100，故当发电机断路器合上时，发电机和变压器低压侧反击电压皆无危险。（2）发电机母线断路器断开，发电机上的反击电压很小，仅是母线上杂散电容或地电位差引起，对发电机绝缘无危害。对60kV变压器，冲击耐压的保证值为0.85330=280kV，U2=5684kV，与变压器低压侧耐压值相当。对110kV及以上变压器，反击电压将危及其低压侧绝缘，此时需加保护。此外，当发电机断路器断开、变压器运行时，从保护高压线路不受雷电侵入波冲击的角度看，亦需对变压器低压线圈的绝缘加以保护，可采用避雷器或电容保护，保护设备应安装在发电机断路器与变压器低压侧之间。发电机变压器组的防雷保护110kV及以上电压出线的发电机变压器组，只要可靠地保护了变压器，一般就无须对发电机再采取保护措施。当发电机有敞露母线桥或组合导线时，应采取防直击雷的保护。当敞露部分的长度超过50m时，在发电机回路或每相母线上装设不小于0.15F的电容器或磁吹避雷器。在变压器低压侧宜装设一组普通阀型避雷器。电力工程电气设计手册电气一次部分经变压器供电的发电机，由于变压器的保护作用，作用在发电机上的过电压比直配线电机低得多，通常能将传递过电压限制到不危险的程度。所以只要可靠地保护了变压器，一般不需对发电机再采取保护措施。但有时传递过电压幅值较高，为防止发电机绝缘损坏，在多雷区和200MW及以上的大型电机，宜在电机出口装一组FCD型磁吹避雷器或氧化锌避雷器。由于经过变压器时，陡度已大为降低，因此可不装保护电容，电机中性点也无需保护。对发电机到变压器之间的敞露母线桥或组合导线，应装设直击雷保护和感应雷保护措施。对封闭母线、共箱母线等，将其外壳接地即可。避雷器的选择持续运行电压交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则DLT804-2002：10s及以内切除故障：UcUm310s以上切除故障：Uc1.1Um（320kV系统）UcUm（3566kV系统）式中：Uc为避雷器的持续运行电压，Um为系统最高工作电压。额定电压交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则DLT804-2002：避雷器的额定电压UrkUt10s及以内切除，k=1.0；10s以上切除，k=1.251.3（k=1.25主要用于保护并联补偿电容器及其他绝缘较薄弱设备）暂态过电压Ut=1.1Um（320kV时），3.3有关规程规范提供的典型参数3.3.1交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则DLT804-2002典型的电机用避雷器参数，其范围非常全，从3.2、6.3、10.5、13.8、15.8、18.0、20.0、22、24、26kV.10s及以内和10s以上切除故障的避雷器参数，但其电压范围不全，没有13.8、15.8、18.0kV.2交流无间隙金属氧化物避雷器GB11032-2000典型的电机用避雷器参数，其范围非常全，3.2、6.3、10.5、13.8、15.8、18.0、20.0kV都给出了。典型的电站和配电用避雷器参数，但其电压范围不全，也没有13.8、15.8、18.0、20.0kV.计算结果根据以上所述，笔者作了一些补充计算、类推，从上述结果可以看出，若分别为发电机和变压器装设避雷器，则发电机和变压器都是安全的，但用于保护发电机和用于保护变压器的避雷器，其参数要求是不相同的。主变压器低压侧要装设避雷器在发电机与主变压器之间装设了发电机断路器之后，一般都有通过主变压器倒送厂用电的运行方式，按照有关规程规范的要求，在主变压器低压侧应装设避雷器，而且避雷器应装设于主变压器与断路器之间，即：靠近主变低压侧。发电机可以不装设避雷器从目前的大、中型电站设计情况看，基本上没有用发电机直接带直配线的设计，发电机与主变压器之间通常是通过共箱母线、封闭母线等联接，没有无金属屏蔽部分，而且已经为主变压器装设了避雷器，因此，发电机可以不装设避雷器。主变压器低压侧避雷器Ur、Uc的确定4.3.1发电机和变压器之间没有装设断路器在这种情况下，应按保护发电机来确定避雷器的各项参数要求。即：Uc=Un，Ur=1.25Un4.3.2发电机和变压器之间装设有断路器在这种情况下，应按保护变压器低压绕组的绝缘来确定避雷器的各项参数要求。即：Uc1.1Um，Ur1.251.1Um4.3.3确定的依据发电机和主变压器之间避雷器的装设及参数确定，很容易被误认为是一个纯粹的电气一次专业技术问题，其实它还与电气二次专业及运行有关。当发电机和变压器之间没有装设断路器，从电气一次专业看，正常情况下基本上没有发电机断开而主变压器还在运行的方式；从电气二次专业看，可以认为发电机与主变压器是死连接，开机时发电机与主变压器一起投入运行，停机时发电机与主变压器一起退出运行，正常运行时若在其间发生一点接地故障，发电机的定子接地保护动作，自动进行停机灭磁，保证在10s之内切除故障。因此按Uc=Un，Ur=1.25Un来选择避雷器是正确的。当发电机和变压器之间装设有断路器，从电气一次专业考虑，可以让发电机停机、发电机断路器断开，采用主变压器带厂用电运行的方式；从电气二次专业考虑，由于存在发电机和主变压器分开运行的方式，不但为发电机配置了定子接地故障保护，而且还为主变压器配置了低压侧接地故障保护。现在的大、中型电站基本上都是按无人值班（少人值守）运行原则设计的，而且大型发电机的中性点通常经过配电变压器接地，这必然导致发电机单相接地故障电流的增大，为保证发电机的安全，就必须使发电机定子接地保护动作于事故停机，由此可见，这两种接地故障保护的动作结果是不一样的：发电机定子接地保护动作通常作用于停机、灭磁，而主变低压侧接地故障保护只发信号不跳闸。当发电机断路器断开、由主变倒送厂用电时，主变低压侧是不直接接地系统，从运行的角度考虑，允许带接地故障运行一段时间，有时甚至长达2h以上，不要求在10s之内切除故障，这时非故障相电压升高至线电压或更高。无间隙氧化锌避雷器有非常多的优点，但是由于没有串联间隙，电阻片不仅会承受雷电和操作过电压作用，还要承受正常持续运行电压和暂时过电压，因而存在着这些电压作用下的劣化和热稳定问题，容易损坏甚至爆炸。如果还按Uc=Un，Ur=1.25Un来选择避雷器就是不正确、不安全的，因此，应该按：Uc1.1Um，Ur1.251.1Um来选择。推荐的配置方案（1）发电机和变压器之间没有装设断路器：在发电机和变压器之间装设一组无间隙氧化锌避雷器，参数按保护发电机来选择：Uc=Un，Ur=1.25Un（2）发电机和变压器之间装设有真空断路器：在发电机和真空断路器之间装设一组阻容吸收装置（关于真空断路器与阻容吸收装置的配置问题，已经有很多论文进行了论述，在此不再赘述）。同时，在变压器和真空断路器之间装设一组无间隙氧化锌避雷器，参数按保护变压器来选择：Uc1.1Um，Ur1.251.1Um（3）发电机和变压器之间装设有SF6断路器：在发电机和SF6断路器之间装设一组无间隙氧化锌避雷器，参数按保护发电机来选择：Uc=Un，Ur=1.25Un同时，在变压器和SF6断路器之间再装设一组无间隙氧化锌避雷器，参数按保护变压器来选择：Uc1.1Um，Ur1.251.1Um4.5非标氧化锌避雷器的生产根据有关的规程规范和厂家的样本，可很容易选出保护发电机用的标准避雷器，但如果按保护主变压器低压侧绕组的绝缘来选择氧化锌避雷器，马上就会遇到没法选择的问题。就连我们的国家标准标准电压GB156-93中，都没有定义与发电机机端电压13.8、15.75、18.0kV等对应的配电系统额定电压和系统最高工作电压，有关的规程规范和各氧化锌避雷器厂提供的样本中也没有与13.8、15.75、18.0kV等对应的配电型避雷器参数。为此，笔者请教了国内几个氧化锌避雷器的生产厂，他们的回答是：只要我们提出Uc、Ur等参数，厂家都可按我们的要求生产，并且没有任何困难。这个现象，从另一个侧面反映出本文所讨论的问题，长期以来是被大家普遍忽视了！结语目前正是水电开发的高潮时期，在设计中出现了各种容量的机组和各种各样的接线方式。在发电机与主变压器之间配置避雷器，目的是为了保证发电机和变压器的安全，但若参数选择不当，避雷器反而会成为不安全因素，给电站的安全运行带来事故隐患。笔者结合工程实际，研究了有关的规程规范和设计手册，并从电气一次、二次专业及运行等方面综合考虑，提出了发电机与主变压器之间避雷器配置的推荐方案，供同仁们参考，也希望与大家一起对这个问题进行更深入的讨论和研究。