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余热电站并网操作非同期合闸电流的计算方法及保护对策 杨中舒 （合肥水泥研究设计院，安徽 合肥 230051） [摘要] 本文介绍了水泥企业余热发电站在并网时操作时，非同期合闸电流的计算方法，同时结合实例阐述了非同期合闸电流所引发的问题及其解决方法。为水泥企业余热电站的安全运行提供了较好的计算依据和参考实例。 关键词： 余热发电，非同期合闸电流，大容量高速开关，限流电抗器 0 引言 ATTOCK巴基斯坦水泥有限公司（以下简称“ATTOCK公司”） 现有3000t/d与1500t/d规模的两条水泥生产线，均已投入运行，企业为降低能耗建设水泥窑余热发电项目。根据该公司生产线实际运行参数和厂区布置情况，设计时采用“四炉一机”方案，配套12MW汽轮发电机组的。给合ATTOCK公司电网运行实际状况，经分析与计算后，需要在发电机与厂内6.3kV供电系统之间增加限流电抗器，当由于某种非正常原因而发生非同期并列操作时，可以及时地限制过高的冲击电流，以确保发电机及供电网络的安全。如何选择合适的分析与计算方法是决定是否增加限流电抗器设备的关键，因此，也是根据该方法的计算结果并选择相应的解决方案将是本文价绍主要内容，通过本文中介绍的计算方法可以计算发电机非同期合闸可能产生最大电流值，最终确定是否需要加限流电抗器，以确保发电机安全运行。 1 ATTOCK公司余热电站发电机出线接入系统概况 ATTOCK公司余热发电站工程发电机出线与厂区变电站的联结如下图1所示，电站侧接入柜与厂区系统侧接入柜间的距离约为110m，采用YJV-6/6-4（3×（1×240））铜芯电缆连接，发电机额定容量P=12MW，额定电流=1374.6A，额定电压=6.3KV，功率因数，发电机超瞬变电抗标幺值=13.5%。 系统设备参数按照平均电压、额定容量 ( =100MV A ) 归算出的阻抗标幺值如下：厂区6.3kV总降为0.6604，110m联接电缆为0.014，发电机为0.9。 图 1 一次系统接线示意图 2 非同期合闸的冲击电流倍数计算方法 考虑到发电机发生非同期合闸可能对发电机组带来极大危险，在ATTOCK公司余热电站工程初设阶段，需计算其最大冲击电流值，进一步验证可能发生的最大非同期合闸电流对发电机的影响。根据上述系统各设备阻抗标幺值参数，首先计算出发余热电站与厂区总降6.3kV供电系统间的串联正序阻抗标幺值： （1） 当发电机发生非同期合闸时，冲击电流可通过式（2）进行计算： （2） 其中： 为冲击电流周期分量；E为发电机出口电势；为厂区中压系统电压；为发电机出口电势与厂区中压系统的相位差角 在（2）中，当时，发电机与厂区供电系统的相位相反，此时，发电机非同期合闸电流最大，取标幺值，冲击电流最大值计算如下式（3）： （3） 当非同期合闸发生时，两电源系统相位差的各种值均可能发生，从设备的安全角度出发，应选择冲击电流的最大值，根据可计算出发电机的非同期合闸电流倍数，如下式（4）： （4） 由于发生非同期合闸时，冲击电流及冲击力矩应小于发电机的机端短路值，因此要求发电机在设计制造时要考虑一定的安全富裕量，详见表（1）中规定的最大允许冲击电流倍数（最大冲击电流周期分量与发电机额定电流的比值），只有冲击电流在允许的范围内，才能保证发电机组的安全。 表 （1） 非同期合闸时发电机允许的冲击电流倍数 机组类型 允许冲击电流倍数 汽轮发电机组 0.65/ 水轮发电机组 有阻尼回路 0.65/ 无阻尼回路 0.65/ 在表（1）中，为发电机的超瞬变电抗，为发电机纵轴瞬变电抗 。 根据表（1）求得发电机的最大允许冲击电流倍数为： （5） 比较式(4)与式(5)计算结果，可以发现非同期合闸的发生的瞬间，冲击电流最大能达到发电机额定电流的8.89倍，远超过发电机所允许的最大冲击电流4.82倍，因此，要严禁发电机进行非同期并列或合闸操作，否则，仅靠接入柜断路器的解列动作是无法在极短的时间内确保发电机组的安全，必须采取相应措施加以限制。 3、非同期合闸对厂区中压供电系统的影响 在发生非同期合闸时，根据式（3），系统侧提供的非同期电流周期分量的标幺值为：，则推算出其实际非同期合闸电流的有名值如下式(6)： (6) 由于ATTOCK公司厂内总降主变压器的6.3kV侧（主变压器的低压侧）出线柜断路器的I段保护整定值要求不允许超过6000A，当发电机发生非同期合闸时，常规的接入柜断路器很难在极短时间内进行解列动作，非同期合闸电流有可能使总降的主变低压侧进线柜保护装置出现速断跳闸，结果使得水泥生产线发生突然失电故障，将来重影响工厂的正常生产。 非同期合闸问题的保护对策