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發(fā)電機(jī)串聯(lián)電抗器相關(guān)問題分析

文檔作者：張海月文檔來源：河北鋼鐵集團(tuán)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月26日
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總第205期
2013年第1期
河北冶全
HEBEI M ETALLURGY
Total N0 205
2013，Number 1
發(fā)電機(jī)串聯(lián)電抗器相關(guān)問題分析
張海月
(河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司動力廠，河北宣化075100)
摘要：分析了發(fā)電機(jī)串聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中運(yùn)行中的優(yōu)缺點(diǎn)。以宣鋼公司東4#總降110kV 系統(tǒng)投入
和退出發(fā)電機(jī)串聯(lián)電抗器兩種情況下系統(tǒng)遮斷容量的計(jì)算為例，對系統(tǒng)中實(shí)際短路動作電流值與計(jì)算
值進(jìn)行了比較，證明該發(fā)電機(jī)串聯(lián)電抗器退出運(yùn)行的可行性，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。
關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；串聯(lián)；電抗器；分析
中圖分類號：TF083．2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1006—5008(2013)01—0052—04
ANALYSIS ABOUT SERⅢ S
REACTOR oF ELECTRIC GENERATOR
Zhang Haiyue
(Power Plant，Xuanhua Iron and Steel Company，Hebei Iron and Steel Group，Xuanhua，Hebei，075 1 00)
Abstract：It is analyzed the merits and demerits of series reactor of electric generator in operation in electric
power system．W ith the calculation of interrupting capacities in two cases：series reactor of electric generator
put into or out of operation in east 4#general step—down 1 10 KV system of Xuan Steel as example．the ac—
tual acting short circuit curent is compared with the calculating value．It is proved the feasibility of the reac—
tor got out of operation，and energy—saving and cost—reducing realized．
Key W ords：electric generator；series；reactor；analysis
1 引言
根據(jù)宣鋼公司產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、淘汰落后產(chǎn)能、擴(kuò)
大生產(chǎn)規(guī)模建設(shè)、按照實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量800萬t規(guī)劃用
電負(fù)荷的要求，動力廠將公司供電網(wǎng)架進(jìn)行了調(diào)整。
東1#總降110 kV系統(tǒng)增加了2 500 m 高爐35 kV
系統(tǒng)，向公司2座2 500 m 高爐供電。在2 500 in
高爐35 kV系統(tǒng)10 kV 電壓等級與自備電廠6#
25 000 kW 、7#25 000 kW 發(fā)電機(jī)以及1#15 000 kW
TRT發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，東1#總降110 kV系統(tǒng)經(jīng)過擴(kuò)建
增容后供電能力得到了增強(qiáng)，但隨之也帶來了系統(tǒng)
內(nèi)饋線斷路器開斷能力不足的問題。系統(tǒng)容量在不
斷擴(kuò)大時，其短路遮斷容量也越來越大，已超出了目
前系統(tǒng)內(nèi)的常規(guī)斷路器遮斷容量，因此在3臺發(fā)電
機(jī)出口加裝了串聯(lián)電抗器的設(shè)計(jì)。
2009年宣鋼公司新建東4#110 kV變電站為
150 t轉(zhuǎn)爐等煉鋼用電負(fù)荷供電，為了減少電氣故障
收稿日期：2012—09—15
作者簡介：張海月(1976一)，女，工程師，1999年畢業(yè)于華北電力大
學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，現(xiàn)在河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司動力廠從
事發(fā)電技術(shù)及供電網(wǎng)繼電保護(hù)工作，電話：15203131261
52
對2座2 500 m 高爐的影響，增加供電可靠性，義
將2 500 IIl 高爐35 kV 系統(tǒng)切改到東4#總降1 10
kV系統(tǒng)內(nèi)。6#25 000 kW 、7#25 000 kW 發(fā)電機(jī)并
網(wǎng)點(diǎn)仍在2 500 m 高爐35 kV系統(tǒng)10 kV電壓等
級；1#15 000 kW TRT并網(wǎng)點(diǎn)在東4#總降110 kV
系統(tǒng)10 kV電壓等級。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)所在系統(tǒng)運(yùn)行
方式的改變，對發(fā)電機(jī)出口串聯(lián)電抗器的投運(yùn)提出
了質(zhì)疑。
2 問題的引出
在電網(wǎng)中，發(fā)電機(jī)串聯(lián)電抗器的主要作用是當(dāng)
電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，利用其電感特性，限制系
統(tǒng)的短路電流快速增長，降低短路電流對系統(tǒng)的沖
擊，降低斷路器選擇的額定開斷容量，節(jié)省投資費(fèi)
用，提高系統(tǒng)的殘壓，在電網(wǎng)中得到廣泛的使用。但
長期串聯(lián)電抗器后，系統(tǒng)會存在一些負(fù)面影響。
(1)產(chǎn)生的電能損耗增大，造成能源浪費(fèi)，且發(fā)
熱量大，影響周圍的設(shè)備。
(2)當(dāng)系統(tǒng)有大的波動時，如啟動大容量電動
機(jī)，將產(chǎn)生較大的電壓降，影響其他設(shè)備正常運(yùn)行，
使發(fā)電機(jī)調(diào)壓困難影響系統(tǒng)穩(wěn)定。
河北冶金 2013年第1期
(3)產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場使建筑物中的鋼筋在漏磁
作用下產(chǎn)生附加損耗，而且在長期的震動下，將使混
凝土松軟，影響建筑物的壽命。
(4)空心電抗器產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場容易干擾通訊
設(shè)備和微機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行，影響通訊質(zhì)量和微機(jī)
運(yùn)行。
采取有效措施消除電抗器產(chǎn)生的影響，已經(jīng)成
為宣鋼電力系統(tǒng)正常運(yùn)行面臨的重要課題。以宣鋼
公司最大功率(25 000 kW)發(fā)電機(jī)出口電抗器為
例，該發(fā)電機(jī)每年按運(yùn)行8 000 h計(jì)算其有功損耗，
該電抗器的年耗電量計(jì)算如下。
單相有功損耗：AP =16．967 kW
W =3~／32×△P ×T=27．98萬kW ·h
該電抗器每年的電費(fèi)損失為(按0．54元／kW ·
h)：A．=0．54×27．98=15．1萬元
從以上的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，電抗器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)損失是
不容忽視的。如果考慮無功損耗，其產(chǎn)生的電能損
耗更是一個驚人的數(shù)字，年耗電量計(jì)算如下。
單相無功損耗：
aQ ：0．02×Se=0．02×2 500×10√ =288．68 kvar
年耗電量為：
W=3×p2×(△尸+aa )×T
： 3×0．687 2(16．967+288．68)8 000
=346．21萬kW ·h
該電抗器每年的電費(fèi)損失為(按0．54元／kW ·
h)：A，=0．54×W ：0．54×346．21=186．96(萬元)
從以上的計(jì)算可見，1臺電抗器的年電費(fèi)損失
達(dá)186．96萬元。宣鋼公司現(xiàn)有5臺發(fā)電機(jī)出口電
抗器串在電網(wǎng)中，所以電抗器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)損失是不
可忽視的。對即將建設(shè)的發(fā)電機(jī)組還面臨是否采用
串聯(lián)限流電抗器的方式來限制短路電流的問題，能
找到退出電抗器運(yùn)行的措施或理論依據(jù)，從而降低
電網(wǎng)傳輸損耗，減少經(jīng)濟(jì)損失和投資成本，提升公司
電力網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性，這將是公司電力網(wǎng)面
對的技術(shù)問題。
3 解決對策
目前國內(nèi)解決電抗器損耗的問題主要是并聯(lián)大
容量開關(guān)柜。正常運(yùn)行時，高速開關(guān)裝置(FSR)將
電抗器短接，由于FSR阻抗約為0．1 ml-I(其中直流
電阻約20 Q)，而電抗器阻抗一般為0．15—0．9
Q，所以正常運(yùn)行時電抗器被FSR短接而不起作用，
負(fù)荷電流經(jīng)高速開關(guān)裝置流出。當(dāng)在發(fā)電機(jī)出口端
或其附近發(fā)生短路故障時，高速開關(guān)快速熔斷，將電
抗器投入主回路中限制短路電流，而短路故障仍由
故障處斷路器開斷。大容量高速開關(guān)能對發(fā)電機(jī)出
口短路故障有很好的保護(hù)作用，在短路電流最大值
還沒有通過發(fā)電機(jī)時，熔斷器已切除故障。
因并聯(lián)大容量開關(guān)柜的優(yōu)勢，在電抗器投運(yùn)初
期就在其兩側(cè)并聯(lián)大容量開關(guān)柜，但3～35 kV電力
系統(tǒng)在運(yùn)行中，由于受內(nèi)外部因素的干擾，經(jīng)常會發(fā)
生相間短路事故。宣鋼公司2臺25 000 kW 發(fā)電機(jī)
在投產(chǎn)后就曾多次發(fā)生電抗器出口電纜頭故障和發(fā)
電機(jī)聯(lián)絡(luò)電纜短路故障，由于大容量開關(guān)只能切除
一次故障，且熔斷器價格昂貴，對于長期發(fā)生的大量
購置費(fèi)用問題難以解決。
在2 500 m 高爐35 kV變電站切改至東4#總
降110 kV系統(tǒng)后，系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生了改變，這對
新的系統(tǒng)內(nèi)的短路遮斷容量需要重新計(jì)算。如果短
路遮斷容量小于系統(tǒng)內(nèi)的各饋電回路斷路器開斷容
量，就可以針對宣鋼電力系統(tǒng)現(xiàn)狀在節(jié)能降耗方面
提出改進(jìn)建議。
東
圖1 2 500 m 高爐35 kV變電站系統(tǒng)
Fig． 1 35 kV transformer substation system of 2 500 m blast furnace
在1臺最大功率的發(fā)電機(jī)在退出和投入東4#
總降110 kV系統(tǒng)兩種情況下，分別對2 500 m 高爐
35 kV變電站10 kV母線負(fù)荷側(cè)短路點(diǎn)(圖1中的
D8、D9)，發(fā)電機(jī)出線至發(fā)電機(jī)并網(wǎng)柜電纜短路點(diǎn)
(圖1中的D4點(diǎn))，發(fā)電機(jī)母線短路點(diǎn)(圖1中的
D5點(diǎn))，發(fā)電機(jī)聯(lián)絡(luò)柜至出口電抗器短路點(diǎn)(圖l
53
總第205期 HEBEI YEJIN
中的D3點(diǎn))，發(fā)電機(jī)聯(lián)絡(luò)電纜短路點(diǎn)(圖I中的Dl
點(diǎn))，發(fā)電機(jī)至鼓風(fēng)機(jī)站電纜短路點(diǎn)(圖l中的D2
點(diǎn))；鼓風(fēng)機(jī)站10 kV母線短路點(diǎn)(圖I中的D6
點(diǎn))，在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路，計(jì)算穿
越每條饋電線路中斷路器的短路電流值。
計(jì)算參數(shù)以 =1 000 MVA， =1 15 kV為基
準(zhǔn)值，系統(tǒng)總降到2 5 00 ITI 高爐3 5 kV變電站
10 kV母線側(cè)阻抗X? =4．129 7，系統(tǒng)阻抗如圖2、
圖3所示。
圖2 投入發(fā)電機(jī)出口電抗器系統(tǒng)阻抗
Fig．2 System impedance when reactor of output terminal of electric generator put into operation
圖3 退出發(fā)電機(jī)出口電抗器系統(tǒng)阻抗
Fig．3 System impedance when reactor of output terminal of electric generator got out of operation
各短路點(diǎn)阻抗值計(jì)算結(jié)果見表1。各短路點(diǎn)短 下，2 500 rn 高爐35 kV變電站各回路三相短路電
路電流計(jì)算結(jié)果如表2所示，在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式 流見表3。
表1 各短路點(diǎn)阻抗值計(jì)算結(jié)果
Tab．1 Calculation result of impedances of various short circuit points
短路 短路點(diǎn)短路 3O#(31#)穿越短路 并網(wǎng)開關(guān)穿越短路 系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)穿越短路 N39／N44開關(guān)穿越短路 12#(J3#)穿越短路
點(diǎn) 有電抗器無電抗器有電抗器無電抗器有電抗器無電抗器有電抗器無電抗器 有電抗器 無電抗器 有電抗器無電抗器
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河北 自金 2013年第1期
短路
點(diǎn)
37#穿越短路 29#穿越短路 23#穿越短路 21#穿越短路 I9#穿越短路 17#穿越短路 15#穿越短路 25#穿越短路
有電 無電 有電 無電 有電 無電 有電 無電 有電 無電 有電 無電 有電 無電 有電 無電
抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器 抗器
上述結(jié)果顯示，在發(fā)電機(jī)退出串聯(lián)電抗器的情
況比投入時短路電流最大多5 530 A，但均小于系統(tǒng)
內(nèi)各饋線斷路器的開斷容量。
2011年發(fā)電機(jī)投入串聯(lián)電抗器運(yùn)行期間，發(fā)生
了2 500 m 高爐35 kV變電站10 kV母線負(fù)荷側(cè)短
路故障，以及東4#110 kV變電站10 kV母線負(fù)荷
側(cè)短路故障動作電流值進(jìn)行整理，對其中6個發(fā)生
故障的短路點(diǎn)進(jìn)行了理論計(jì)算。
比較計(jì)算短路電流值與采集動作電流值，由此
可看出經(jīng)過理論計(jì)算的短路電流值比實(shí)際采集到動
作電流值小，比較整理結(jié)果見表4。
對2011年電力事故動作電流值和理論計(jì)算短
路電流值的比較發(fā)現(xiàn)，如果發(fā)電機(jī)退出串聯(lián)電抗器
運(yùn)行，系統(tǒng)短路遮斷容量尚未超出各饋線負(fù)荷斷路
器遮斷容量。
表4 2011年事故記錄與計(jì)算結(jié)果比較 A
Tab．4 Comparison of fault records and calculation of 201 1 A
4 運(yùn)行效果
2012年3月，宣鋼公司7#25 000 kW 發(fā)電機(jī)退
出串聯(lián)電抗器，解決了因電抗器長期串聯(lián)在系統(tǒng)中
導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)的問題，避免了因電抗器線
圈發(fā)熱故障引起的機(jī)組停機(jī)，消除了電抗器產(chǎn)生的
電壓降，節(jié)省了大容量開關(guān)熔斷器的備件費(fèi)用支出。

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