白鳳娟

（中國昆侖工程有限公司）

0 引言

電力系統(tǒng)在運行中可能會發(fā)生某些故障和不正常運行狀態(tài)，其中各種形式的短路是最常見也是最危險的故障。在發(fā)生短路時流過故障點的短路電流非常大，為了減小或避免大電流對電力系統(tǒng)的沖擊和損害，過電流保護裝置和動作時間必須合理匹配。但在某些情況下，由于與系統(tǒng)中的其他保護不能很好地配合，就會導致誤動作，造成整個系統(tǒng)故障。因此過電流保護能否正確動作，對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行非常重要。

某煉油廠精對苯二甲酸主裝置10 kV進線是110 kV變電站兩段母線進線（A段進線、B段進線）和汽輪發(fā)電機一路進線。10 kV母線進線的兩臺變壓器分列運行，采用單母線分段接線。汽輪發(fā)電機的額定功率為25 MW，實際發(fā)電量19 MW，主裝置實際用電量12～13 MW。由于發(fā)電機發(fā)電量大于實際用電量，多余電量將會向上一級反送，有可能破壞系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。所以主裝置的10 kV進線斷路器要設置帶方向的過電流保護配合。

1 主裝置10 kV進線側短路電流計算

該工程案例的分析計算只采樣A段進線的數(shù)據(jù)，方向過電流保護設定值是斷路器a的設定值。電氣網絡短路電流計算電路圖見圖1。

圖1 電氣網絡短路電流計算電路圖

1.1 電抗計算

變電站至110 kV總降8.5 km，導線采用鋼芯鋁絞線，型號為LGJ-3（1×300） mm2。110 kV入口處最小運行方式下正序短路阻抗標幺值X*=0.038 6。

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設計手冊》第四版中表4.6-2及表4.6-3，選取常用基準容量Sb=100 MVA，系統(tǒng)標稱電壓Ua=10 kV，準電壓Ub=10.5 kV，基準電流Ib=5.5 kA。

（1）變壓器電抗XT1*：

式中：UKN%——變壓器額定阻抗電壓百分比；SNT——變壓器的額定容量，MVA。

（2）發(fā)電機電抗XT2*：

式中：Xd"%——發(fā)電機額定阻抗電壓百分比；SNG——發(fā)電機的額定容量，MVA。

換算到發(fā)電機基準容量下的電抗XT2*'：

（3）線路電抗XL：

式中：L——線路長度，km；x——導線每千米電抗標幺值，導線采用交聯(lián)聚乙烯絕緣三芯電力電纜，型號為YJV-8.7/10 kV- （3×240） mm2，x=0.079。

線路1長度1.37 km，電抗XL1*=0.098 Ω

線路2長度0.388 km，電抗XL2*=0.028 Ω

（4）變壓器側總電抗X3*：

（5）發(fā)電機側總電抗X4*：

1.2 遠端短路電源端饋電的短路電流計算

（1）地區(qū)電網供給K點的短路電流Is"：

（2）短路電流峰值流ips：

1.3 發(fā)電機饋電的短路電流計算

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設計手冊》第四版中表4.6-6得出短路電流初始值超瞬態(tài)短路電流I"及發(fā)電機端短路4S短路電流流分量標幺值I4*：

式中：IoG*——發(fā)電機端短路0S短路電流交流分量標幺值，kA；IK*——穩(wěn)態(tài)短路電流有效值，kA。

（1）發(fā)電機的額定電流ING：

（3）發(fā)電機短路電流有效值IKG：

（5）發(fā)電機短路電流峰值ipG：

1.4 異步電動機反饋的短路電流計算

短路點附近有兩臺異步電動機供給K點的短路電流。1臺電機銘牌參數(shù)為250 kW，額定電流17.6 A，啟動倍數(shù)Kst=7倍；1臺電機銘牌參數(shù)為560 kW，額定電流39.4 A，電機啟動倍數(shù)Kst=6.5倍。由此得出異步電動機提供的反饋電流周期分量初始值和異步電動機提供的反饋電流峰值電流iM：

經計算，10 kV側進線K點的總短路電流IK為：

10 kV側進線K點的短路電流峰值iK為：

2 10 kV線路的繼電保護整定計算

線路工作電流按所有負荷的額定電流計算，包括所有高壓電機額定電流和10 kV/0.4 kV變壓器高壓側額定電流。保護裝置的動作電流Iop.k（應躲過線路的過負荷電流）計算公式為：

式中：Krel——可靠系數(shù)，本工程保護裝置用采用微機保護，微機保護可靠系數(shù)Krel為1.05～1.2，該計算取1.2；Kcon——接線系數(shù)，接于相電流時取1，接于相電流差時取該計算取1；Kr——微機保護返回系數(shù)，取0.90；nTA——電流互感器變比，此項目進線互感器變比為800/5；Iol——線路過負荷電流（包括電動機起動所引起的電流），A。

保護裝置一次動作電流Iop計算公式為：

經計算，線路過負荷電流Iol=974.2 A，保護裝置的動作電流Iop.k=12.99 A，保護裝置一次動作電流Iop=2 078.3 A。

3 靈敏系數(shù)

主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護。保護裝置的靈敏系數(shù)（按最小運行方式下線路末端兩相短路電流校驗）應不小于1.3，計算公式為：

式中：I2k2.min——最小運行方式下，線路末端兩相短路穩(wěn)態(tài)電流，A。經計算，Ksen=8.88。

短路保護的最小靈敏系數(shù)見表1。

表1 短路保護的最小靈敏系數(shù)

4 方向過流保護裝置的動作配合

保護裝置的動作電流應與動作時間配合，上下級保護裝置的動作也應相互配合，以保證保護裝置具有選擇性。

（1）按動作電流配合。在所選定的故障形式下，上下級保護裝置的動作電流之比不應小于1.1。

（2）按動作時限配合。上下級保護裝置的動作時限應有一差值（時限階段）Δt。定時限保護之間Δt一般為0.3 s，反時限保護之間Δt一般為0.3～0.5 s，定時限保護與反時限保護之間的Δt一般為0.3～0.5 s。

5 現(xiàn)場實測A段進線微機保護測量值

主裝置區(qū)A段進線有功功率P=1.92 MW，無功功率Q=1.17 Mvar，視在功率S=2.15 MVA，功率因數(shù)cos?=0.857，頻率49.98～50 HZ。經計算得保護裝置的動作電流Iop.k=12.99 A；過流保護時間0.5 s。

A段進線微機保護現(xiàn)場實際測量出的電流、電壓及夾角見表2，測量值矢量圖見圖2。

表2 微機保護現(xiàn)場實際測量值

圖2 10 kV A段進線微機保護測量值矢量圖

方向過流保護的設置以10 kV母線為基準，規(guī)定電流由母線側流向線路側的電流為正方向。在故障情況下，設置過流方向保護，正方向IA與UBC的夾角為29°～44°，本工程取29°。那么過流保護裝置的動作范圍就是119°～59°，以IA（正常）為基準正向保護特征角±89°為動作區(qū)域，在保護特征角動作范圍內為正方向，否則為反方向。

6 結束語

結合實際工程案例，對于有多路電源進線的電力線路，通過簡單計算方向過電流保護的設置，能夠迅速判斷發(fā)生短路故障時的電流方向，縮小事故范圍，保證主裝置的正常運行，并且不影響上一級變電站裝置的正常運行。