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摘要： ORC低温余热发电项目中，为保证异步发电机的安全运行，需对异步发电机电缆线路的压降、线损及断路器的保护灵敏度进行计算，并通过实际案例进行分析，得出异步发电机在发电过程中电压、电流的变化，最终形成一套完整的计算分析流程。保证了异步发电机在并网发电中的安全性、可靠性、经济性。
关键词： ORC异步发电机; 发电机; 并网保护计算
中图分类号： TM343 文献标识码： A
文章编号：1005—7277（2019）04—0056—03
Abstract： In ORC low temperature waste heat power generation project， in order to ensure the safe operation of the asynchronous generator， it is necessary to calculate the voltage drop， tranmission loss and the protection sensitivity of the circuit breaker of the cable line of the asynchronous generator. Through the analysis of actual cases， the voltage and current changes of the asynchronous generators during power generation process were obtained， and eventually a complete set of computational analysis procedure was formed， the application of which could ensure the safety， reliability and economy of asynchronous generators in grid-connected power generation.
Key words： ORC Asynchronous generator; Generator; Calculation of grid-connected protection;
1 引言
ORC余熱发电在分布式能源中占有一席之地，虽然与光伏、风力发电相比起步较晚，规模也相对较小，但在能源综合利用方面也有着举足轻重的作用，为节能减排提供了很好的途径。并且在国际上几家大型ORC发电厂家，已将ORC发电设备与汽轮机设备完美结合，大大的提高了发电效率。
某ORC余热发电项目中共设置5台异步发电机组，每台机组发电功率为280kW，低压配电室设计一套单母线低压配电系统，每台机组采用电缆连接方式引自配电室630A低压配电回路，发电机组再通过低压母排汇流后由一台1600kVA的变压器升压送到主电网，发电系统图详见图1。
异步发电机并网目前有两种方式，第一种类似于同步发电机，待电机转速到达一定转速后，再通过同期并列的方式并网。第二种方式是发电机启动时就已经与电网连接，发电机启动所需的电源引自电网，直到发电机转速达到发电转速后，通过透平带动发电机转子转动，达到设定转速后并网发电。两者相比，第二种方式安全性高、投资小。
以上两种异步发电机启动方式中，第一种需要考虑的因素为变压器容量及电缆载流量等，第二种不仅要考虑变压器容量及电缆载流量，还需要考虑以下几点因素。
2 母线压降分析计算
压降的计算分启动压降和运行压降，需要分别进行计算，以满足DL5153-2002 《火力发电厂厂用电设计技术规定》的要求。
2.1 启动压降计算
启动压降为发电机在启动阶段与电网连接一瞬间时的母线压降，此压降的计算是确保电气系统中其它电气元器件能够正常工作，避免电压低导致误动作。
正常启动时的母线电压按下式计算用式（1）：
式中：Um—电动机正常启动时的母线电压（标幺值）;U0—厂用母线空载电压（标幺值，对有载调压变压器取1.1）;X—变压器或电抗器电抗（标幺值） 取X=0.066;S—合成负荷（标幺值）。
2.1.1 变压器电抗计算
式中：Ud%—变压器阻抗电压百分值，取Ud%=6;ST—变压器额定容量（kVA）;取ST=1600。
2.1.2 合成负荷计算
式中：S1—电动机启动前，厂用母线上的已有负荷（标幺值）;得S1=0.125;电动机启动前，厂用母线已有负荷为（kVA）：S=200;Sq——启动电动机的启动容量（标幺值）。
2.1.3 电动机启动容量计算
式中：Kq—电动机的启动电流倍数，取Kq=7;Pe—电动机的额定功率（kW），取Pe=280;S2T—变压器低压绕组额定容量（kVA），取S2T=1600;ηd—电动机的额定效率，取ηd=0.8;cosφd—电动机的额定功率因数 取cosφd=0.8。
结论：根据以上计算得电动机正常启动时母线电压（标幺值）为0.97，满足要求。
2.2 运行压降计算
运行压降是指发电机已经过了启动压降，但尚未进入发电状态时的压降，此压降的计算是确保电气系统中其它电气元器件能够长期稳定运行。运行压降计算方式按式（5）。 项目中电缆长度为500米，计算结果详见表1。
从上表可知电压偏差δU=（（U0-UM）/U0）×100%≈87%
根据以上计算结果，可知电动机正常启动后，母线电压与额定电压占比不低于80%，满足DL5153-2002 火力发电厂厂用电设计技术规定要求。
3 线路损耗
线损是核实经济性的主要指标，线损按式（6）计算。
本项目中线损的设计计算结果见表2。
根据以上计算采用ZC-YJV0.6/1kV 3×185+1×95型号电缆双拼，线损为7.33Kw/h，从经济性角度考虑是可行的。
4 保护功能的分析
4.1 瞬时保护和短延时保护投入分析
通过载流量计算选择ZC-YJV0.6/1kV 3×185+1×95的双拼电缆满足要求。但在ORC发电系统中在电缆截面的选择不仅仅是计算电缆的载流量，还要对单相、相间接地保护灵敏度进行计算。而与保护灵敏度有关的因素有：电缆截面、保护断路器的瞬动或短延时短路动作电流。因此，提高保护灵敏度的方式可以采用增加电缆截面方法;或者采用电子脱扣器的断路器，以降低断路器的瞬动电流的方法;或者在启动电流小于瞬动电流时采用短延时保护的方法。在ORC发电项目中保护灵敏度的计算结果见表3。
根据表3计算可知在断路器瞬动保护时灵敏度K均小于1.3，不满足规范要求;短延时电流设定在2205A时单相及相间接地保护灵敏度≥1.3，满足GB50054-2011《供配电设计规范》要求。
4.2 接地保护
在项目调试中断路器接地保护投入后，发电机启动时发生断路器跳闸，经现场查看分析，判断是因为断路器接地保护电流较小，而发电机启动阶段到发电阶段需要20秒时间，断路器此时接地保护延时时间无法躲开发电机启动电流。所以在项目实际使用中只投入了短延时保护。
5 结束语
（1）异步发电系统中受分布距离对发电影响的因素包括电缆的载流量、压降、线损及保护灵敏度，电气系统的配置需充分分析计算各数据的准确性，才能够保证发电机组能够安全、稳定运行。
（2）异步发电系统中保护的功能需根据实际需要投入，在保证设备安全运行的前提下，节约投资成本。
参考文献：
[1]许正亚. 发电厂继电保护整定计算及其运行技术[M]. 中国水利水电出版社，2009.
[2]汤蕴璆. 电机学[M]. 机械工业出版社，2019.
[3]DL/ T 1502-2016. 厂用电继电保护整定计算导则[S]. 中国电力出版社，2016.
[4]中国航工工业规划设计研究院 组编. 工业与民业配是设计手册[M]. 中国电力出版社，2016.
[5]GB50054-2011. 低压供民配设计规范[S]. 中国計划出版社，2011.
收稿日期：2019-06-10
关键词： ORC异步发电机; 发电机; 并网保护计算
中图分类号： TM343 文献标识码： A
文章编号：1005—7277（2019）04—0056—03
Abstract： In ORC low temperature waste heat power generation project， in order to ensure the safe operation of the asynchronous generator， it is necessary to calculate the voltage drop， tranmission loss and the protection sensitivity of the circuit breaker of the cable line of the asynchronous generator. Through the analysis of actual cases， the voltage and current changes of the asynchronous generators during power generation process were obtained， and eventually a complete set of computational analysis procedure was formed， the application of which could ensure the safety， reliability and economy of asynchronous generators in grid-connected power generation.
Key words： ORC Asynchronous generator; Generator; Calculation of grid-connected protection;
1 引言
ORC余熱发电在分布式能源中占有一席之地，虽然与光伏、风力发电相比起步较晚，规模也相对较小，但在能源综合利用方面也有着举足轻重的作用，为节能减排提供了很好的途径。并且在国际上几家大型ORC发电厂家，已将ORC发电设备与汽轮机设备完美结合，大大的提高了发电效率。
某ORC余热发电项目中共设置5台异步发电机组，每台机组发电功率为280kW，低压配电室设计一套单母线低压配电系统，每台机组采用电缆连接方式引自配电室630A低压配电回路，发电机组再通过低压母排汇流后由一台1600kVA的变压器升压送到主电网，发电系统图详见图1。
异步发电机并网目前有两种方式，第一种类似于同步发电机，待电机转速到达一定转速后，再通过同期并列的方式并网。第二种方式是发电机启动时就已经与电网连接，发电机启动所需的电源引自电网，直到发电机转速达到发电转速后，通过透平带动发电机转子转动，达到设定转速后并网发电。两者相比，第二种方式安全性高、投资小。
以上两种异步发电机启动方式中，第一种需要考虑的因素为变压器容量及电缆载流量等，第二种不仅要考虑变压器容量及电缆载流量，还需要考虑以下几点因素。
2 母线压降分析计算
压降的计算分启动压降和运行压降，需要分别进行计算，以满足DL5153-2002 《火力发电厂厂用电设计技术规定》的要求。
2.1 启动压降计算
启动压降为发电机在启动阶段与电网连接一瞬间时的母线压降，此压降的计算是确保电气系统中其它电气元器件能够正常工作，避免电压低导致误动作。
正常启动时的母线电压按下式计算用式（1）：
式中：Um—电动机正常启动时的母线电压（标幺值）;U0—厂用母线空载电压（标幺值，对有载调压变压器取1.1）;X—变压器或电抗器电抗（标幺值） 取X=0.066;S—合成负荷（标幺值）。
2.1.1 变压器电抗计算
式中：Ud%—变压器阻抗电压百分值，取Ud%=6;ST—变压器额定容量（kVA）;取ST=1600。
2.1.2 合成负荷计算
式中：S1—电动机启动前，厂用母线上的已有负荷（标幺值）;得S1=0.125;电动机启动前，厂用母线已有负荷为（kVA）：S=200;Sq——启动电动机的启动容量（标幺值）。
2.1.3 电动机启动容量计算
式中：Kq—电动机的启动电流倍数，取Kq=7;Pe—电动机的额定功率（kW），取Pe=280;S2T—变压器低压绕组额定容量（kVA），取S2T=1600;ηd—电动机的额定效率，取ηd=0.8;cosφd—电动机的额定功率因数 取cosφd=0.8。
结论：根据以上计算得电动机正常启动时母线电压（标幺值）为0.97，满足要求。
2.2 运行压降计算
运行压降是指发电机已经过了启动压降，但尚未进入发电状态时的压降，此压降的计算是确保电气系统中其它电气元器件能够长期稳定运行。运行压降计算方式按式（5）。 项目中电缆长度为500米，计算结果详见表1。
从上表可知电压偏差δU=（（U0-UM）/U0）×100%≈87%
根据以上计算结果，可知电动机正常启动后，母线电压与额定电压占比不低于80%，满足DL5153-2002 火力发电厂厂用电设计技术规定要求。
3 线路损耗
线损是核实经济性的主要指标，线损按式（6）计算。
本项目中线损的设计计算结果见表2。
根据以上计算采用ZC-YJV0.6/1kV 3×185+1×95型号电缆双拼，线损为7.33Kw/h，从经济性角度考虑是可行的。
4 保护功能的分析
4.1 瞬时保护和短延时保护投入分析
通过载流量计算选择ZC-YJV0.6/1kV 3×185+1×95的双拼电缆满足要求。但在ORC发电系统中在电缆截面的选择不仅仅是计算电缆的载流量，还要对单相、相间接地保护灵敏度进行计算。而与保护灵敏度有关的因素有：电缆截面、保护断路器的瞬动或短延时短路动作电流。因此，提高保护灵敏度的方式可以采用增加电缆截面方法;或者采用电子脱扣器的断路器，以降低断路器的瞬动电流的方法;或者在启动电流小于瞬动电流时采用短延时保护的方法。在ORC发电项目中保护灵敏度的计算结果见表3。
根据表3计算可知在断路器瞬动保护时灵敏度K均小于1.3，不满足规范要求;短延时电流设定在2205A时单相及相间接地保护灵敏度≥1.3，满足GB50054-2011《供配电设计规范》要求。
4.2 接地保护
在项目调试中断路器接地保护投入后，发电机启动时发生断路器跳闸，经现场查看分析，判断是因为断路器接地保护电流较小，而发电机启动阶段到发电阶段需要20秒时间，断路器此时接地保护延时时间无法躲开发电机启动电流。所以在项目实际使用中只投入了短延时保护。
5 结束语
（1）异步发电系统中受分布距离对发电影响的因素包括电缆的载流量、压降、线损及保护灵敏度，电气系统的配置需充分分析计算各数据的准确性，才能够保证发电机组能够安全、稳定运行。
（2）异步发电系统中保护的功能需根据实际需要投入，在保证设备安全运行的前提下，节约投资成本。
参考文献：
[1]许正亚. 发电厂继电保护整定计算及其运行技术[M]. 中国水利水电出版社，2009.
[2]汤蕴璆. 电机学[M]. 机械工业出版社，2019.
[3]DL/ T 1502-2016. 厂用电继电保护整定计算导则[S]. 中国电力出版社，2016.
[4]中国航工工业规划设计研究院 组编. 工业与民业配是设计手册[M]. 中国电力出版社，2016.
[5]GB50054-2011. 低压供民配设计规范[S]. 中国計划出版社，2011.
收稿日期：2019-06-10