大型火電廠6kV廠用分支保護(hù)整定方案

王 旅 許雙斌

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441141）

大型火電廠6kV廠用分支保護(hù)整定方案

王 旅 許雙斌

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441141）

以某大型火電廠6kV廠用電系統(tǒng)接線為例，詳細(xì)闡述了6kV廠用分支保護(hù)整定原則，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整相關(guān)分支的保護(hù)定值。

6kV；廠用電系統(tǒng)；保護(hù)整定

1 廠用電系統(tǒng)一次接線

某大型火電廠裝機(jī)容量4×330MW，220kV系統(tǒng)電氣主接線為雙母雙分段帶旁母，#1、#2機(jī)組及#1起備變運(yùn)行于220kVⅠ母或Ⅱ母，#3、#4機(jī)組及#2起備變運(yùn)行于220kVⅢ母或Ⅳ母。廠用電系統(tǒng)一次接線如圖1所示。

上述廠用電系統(tǒng)接線具有如下特點(diǎn)。

1）機(jī)組負(fù)荷與公用負(fù)荷嚴(yán)格分開，機(jī)組負(fù)荷由高廠變供電，公用負(fù)荷由#1、#2起備變供電。機(jī)組負(fù)荷接于6kV工作1A、1B—4A、4B段，公用負(fù)荷接于6kV公用1A、1B和2A、2B段，圖中#2、#4機(jī)組接線未畫出。

2）公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF17、QF18斷開時(shí)，#1、#2起備變帶各自公用段運(yùn)行，同時(shí)通過QF5—QF8作為本單元兩臺(tái)機(jī)組的起動(dòng)/備用電源。任意一臺(tái)起備變?nèi)?1起備變停電檢修時(shí)，#2起備變通過QF17、QF18帶公用1A、1B段運(yùn)行，同時(shí)作為全廠4臺(tái)機(jī)組的起動(dòng)/備用電源。

3）公用系統(tǒng)中任意一臺(tái)設(shè)備檢修或保護(hù)校驗(yàn)，均不會(huì)影響其他設(shè)備運(yùn)行。

圖1 廠用電系統(tǒng)一次接線

2 變壓器參數(shù)及廠用分支保護(hù)配置

高廠變:40/25/25MVA，20/6.3/6.3kV，1154.7/ 2291/2291A，半穿越阻抗為0.166（40MVA，p.u.）。起備變:50/31.5/31.5MVA，230/6.3/6.3kV，125.5/ 2886.8/2886.8A，半穿越阻抗為0.213（50MVA，p.u.）。若將高廠變和起備變高壓側(cè)看成無窮大電源系統(tǒng)，則低壓側(cè)兩相金屬性短路電流計(jì)算值分別為 19.124kA和18.630kA。

各廠用分支保護(hù)配置見表 1，同一分支兩套保護(hù)電流量接入的是同一二次繞組，限時(shí)速斷和復(fù)壓過流保護(hù)分別反應(yīng)6kV系統(tǒng)金屬性和經(jīng)過渡電阻相間短路故障。

表1 廠用分支保護(hù)配置表

3 最大電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流計(jì)算

鍋爐給水系統(tǒng)配置了兩臺(tái)50%容量汽泵和一臺(tái)50%容量電泵，運(yùn)行中若一臺(tái)汽泵跳閘，電泵將自動(dòng)聯(lián)動(dòng)（邏輯在DCS中實(shí)現(xiàn)）。6kV工作段上最大電動(dòng)機(jī)為電泵，接于6kV工作1B—4B段，額定電流Id=615A，電泵帶50%負(fù)荷時(shí)，實(shí)測(cè)電流為550A。電泵起動(dòng)電流倍數(shù)取堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)上限（6.5倍）［2］，起動(dòng)電流Istmax=6.5Id=3998A。6kV 公用段上最大電動(dòng)機(jī)為濕式球磨機(jī)，接于6kV公用1B段，額定電流為77A，起動(dòng)電流

4 廠用分支最大負(fù)荷電流計(jì)算

機(jī)組工作/備用分支負(fù)荷電流實(shí)測(cè)值見表 2。工況1:機(jī)組滿負(fù)荷（330MW），兩臺(tái)汽泵運(yùn)行，電泵備用。工況 2:機(jī)組開機(jī)狀態(tài)，發(fā)電機(jī)已經(jīng)并網(wǎng)，廠用電即將切換（對(duì)應(yīng)機(jī)組負(fù)荷100MW左右），一臺(tái)汽泵運(yùn)行，電泵備用。

表2 機(jī)組工作/備用分支負(fù)荷電流實(shí)測(cè)值

機(jī)組工作分支Ifhmax:考慮滿負(fù)荷工況下，一臺(tái)汽泵退出運(yùn)行，另外一臺(tái)汽泵和電泵各帶50%負(fù)荷，（B段），該工況在實(shí)際運(yùn)行中很常見，且計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相差不大。機(jī)組備用分支:工況2下，考慮兩臺(tái)汽泵退出運(yùn)行，電泵帶負(fù)荷直至廠用電切換，1291A（B段），該工況在實(shí)際運(yùn)行中不常見。

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公用各段計(jì)算容量和計(jì)算電流見表 3。全廠負(fù)荷最大時(shí)，公用負(fù)荷不一定最大，要準(zhǔn)確實(shí)測(cè)最大公用負(fù)荷非常困難，也不現(xiàn)實(shí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，公用1A、1B段負(fù)荷電流不超過 250A，據(jù)此估算公用各段最大負(fù)荷電流為該段計(jì)算電流的35%，按此假定公用各段負(fù)荷電流裕度約為80%。

表3 公用各段計(jì)算容量和計(jì)算電流

起備變備用分支If′′hmax:以計(jì)算If′hmax工況為準(zhǔn)，考慮#1起備變停電檢修，此時(shí)流過QF8的負(fù)荷電流最大，If′′hmax=If′hmax+448A=1739A（B段）。以下保護(hù)整定計(jì)算中，可靠系數(shù)Krel取1.2，返回系數(shù)取0.9。

5 機(jī)組工作/備用分支保護(hù)整定

限時(shí)速斷保護(hù):電流元件Iop按以下兩種原則整定（取最大值）:①按躲過 6kV工作母線上電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)電流之和整定；②按躲過機(jī)組運(yùn)行中一臺(tái)汽泵跳閘，因電泵聯(lián)動(dòng)而引起的分支過電流整定。原則一涉及到自起動(dòng)系數(shù)的計(jì)算，對(duì)于機(jī)組工作分支，考慮外部故障切除后母線電壓恢復(fù)過程中的失壓自起動(dòng)，對(duì)于機(jī)組備用分支，考慮廠用電切換過程中的帶負(fù)荷自起動(dòng)。實(shí)際計(jì)算中，以原則二計(jì)算值為大。計(jì)算式Iop=Krel×（Istmax+ΣIfh），ΣIfh為除電泵外其余設(shè)備最大負(fù)荷電流之和。對(duì)于機(jī)組工作分支，取ΣIfh=1043A（工況1），Iop1=6049A。對(duì)于機(jī)組備用分支，取ΣIfh=741A（工況 2），Iop2= 5687A。復(fù)壓過流保護(hù):電流元件Io′p按躲過分支最大負(fù)荷電流Ie整定，對(duì)于機(jī)組工作分支，取Ie=Ifhmax=1593A；對(duì)于機(jī)組備用分支，取Ie=If′hmax=1291A。負(fù)序電壓元件和低電壓元件整定原則，可參照文獻(xiàn)［1］。

保護(hù)時(shí)限整定:依據(jù)文獻(xiàn)［3］，6kV系統(tǒng)保護(hù)配合時(shí)間級(jí)差Δt一般為 0.3～0.5s，本例取Δt=0.5s。限時(shí)速斷延時(shí)按與6kV負(fù)荷（電動(dòng)機(jī)、低廠變）主保護(hù)時(shí)限相配合整定，取0.5s。當(dāng)6kV負(fù)荷經(jīng)過渡電阻短路，短路電流介于復(fù)壓過流整定值與6kV負(fù)荷電流速斷整定值之間時(shí)，為保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，復(fù)壓過流延時(shí)應(yīng)與6kV負(fù)荷最大后備保護(hù)時(shí)限相配合整定。電動(dòng)機(jī)和低廠變配置有負(fù)序過流和過電流保護(hù)，二者時(shí)限分別整定為0.5s/0.7s（定時(shí)限），復(fù)壓過流延時(shí)整定為0.7s+Δt=1.2s。

6 起備變工作/備用分支保護(hù)整定

6.1 公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開（正常運(yùn)行方式）

6kV備用分支間采用共箱式母線連接，其阻抗相對(duì)于起備變阻抗可以忽略不計(jì)，公用系統(tǒng)中任意一點(diǎn)發(fā)生相間短路，短路電流差別很小。因此，對(duì)于起備變工作分支與備用分支、機(jī)組備用分支，只能從保護(hù)時(shí)限上滿足選擇性要求。

限時(shí)速斷保護(hù):對(duì)于起備變備用分支，電流元件Iop3按與機(jī)組備用分支限時(shí)速斷定值Iop2相配合整定，Iop3=Krel×Iop2=6824A。對(duì)于起備變工作分支，電流元件Iop4按與起備變備用分支限時(shí)速斷定值Iop3相配合整定，Iop4=Krel×Iop3=8189A。復(fù)壓過流保護(hù):電流元件計(jì)算式見式（1），對(duì)于起備變備用分支，取Ie=If′′hmax=1739A；對(duì)于起備變工作分支，取Ie=2886.8A。

6.2 公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘（非正常運(yùn)行方式）

任意一臺(tái)起備變停電檢修，公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘運(yùn)行，以#1起備變停電檢修為例，QF17、QF18合閘，QF1、QF2斷開。QF5、QF6作為6kV公用1A、1B段進(jìn)線電源，其保護(hù)定值應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。限時(shí)速斷電流元件按躲過濕式球磨機(jī)啟動(dòng)工況整定，其值近似等于Krel×（448A+Is′tmax）=1.2×（448A+501A）= 1139A。復(fù)壓過流電流元件按躲過該分支最大負(fù)荷電流（451A）整定，其值等于1.2/0.9×451A=601A。限時(shí)速斷和復(fù)壓過流延時(shí)應(yīng)由1.0s和1.7s分別縮短為0.5s和1.2s，以便與6kV負(fù)荷保護(hù)時(shí)限相配合。

7 公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)保護(hù)整定

仍以#1起備變停電檢修為例，QF7、QF8作為公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)的上一級(jí)開關(guān)，整定二者的限時(shí)速斷電流定值相同。該非正常運(yùn)行方式下，QF5、QF6限時(shí)速斷時(shí)限縮短為 0.5s，QF7、QF8限時(shí)速斷時(shí)限維持1.0s不變，整定公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)限時(shí)速斷時(shí)限為（0.5s+1.0s）/2=0.75s，這樣可避免因運(yùn)行方式變化而頻繁更改保護(hù)時(shí)限，同時(shí)又使保護(hù)滿足選擇性要求。

8 保護(hù)定值匯總

表4 保護(hù)定值匯總表

保護(hù)定值匯總表見表4，括號(hào)內(nèi)定值適用于一臺(tái)起備變停電檢修的非正常運(yùn)行方式。需要說明的是，在保護(hù)靈敏度滿足要求的前提下，同一或相近設(shè)備的A、B兩段定值整定相同（取最大值），這主要是為了方便技術(shù)管理。

9 保護(hù)整定簡(jiǎn)要分析

整定復(fù)壓過流保護(hù)時(shí)，電流元件最好按躲過該分支最大負(fù)荷電流整定，計(jì)算最大負(fù)荷電流時(shí)，應(yīng)盡可能考慮各種運(yùn)行方式，包括一些極限運(yùn)行工況。處于基建階段的火電廠，無法實(shí)測(cè)廠用分支負(fù)荷電流，機(jī)組工作/備用分支最大負(fù)荷電流可取高廠變低壓繞組額定電流的70%和55%。

對(duì)于機(jī)組工作/備用分支，限時(shí)速斷電流元件按鍋爐給水系統(tǒng)運(yùn)行方式整定，未與電泵電流速斷定值相配合整定，因二者在保護(hù)時(shí)限上已經(jīng)得到了配合，保護(hù)靈敏度分別為3.16和3.28。若電流元件按與電泵電流速斷定值（10Id）相配合整定，則起備變備用/工作分支限時(shí)速斷整定值將增大至 9922A和 11907A（計(jì)算過程略），保護(hù)靈敏度為 1.88和1.56，不滿足要求。

起備變工作分支限時(shí)速斷和復(fù)壓過流延時(shí)分別整定為1.5s和2.2s，當(dāng)6kV公用母線發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)需經(jīng)1.5～2.2s才能切除故障，故障切除時(shí)間明顯過長(zhǎng)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式過于靈活時(shí)，為保證選擇性要求，必然以犧牲快速性為代價(jià)，這是不可避免的。

10 結(jié)論

對(duì)于接線復(fù)雜的6kV廠用電系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)機(jī)組和系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行方式，來確定廠用分支保護(hù)整定原則。

［1］能源部西北電力設(shè)計(jì)院編.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣二次部分）［K］.北京：中國電力出版社.

［2］GB/T 13957—2008.大型三相異步電動(dòng)機(jī)基本系列技術(shù)條件［S］.

［3］DL/T 584—2007.3kV～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程［S］.

王 旅（1970-），男，湖北松滋人，本科，工程師，主要從事電氣二次專業(yè)技術(shù)管理工作。