江埡水電站廠用電系統(tǒng)保護定值配合分析與計算

方軍旗 向敏鑫 屈明志

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責任公司 長沙市 410014）

江埡水電站地處澧水一級支流溇水中游，距湖南省慈利縣城57 km。樞紐工程于1993年開工建設(shè)，1998年下閘蓄水發(fā)電，2001年通過竣工驗收，總投資約34億元。該工程由攔河大壩、泄洪建筑物、右岸電站地下主廠房、左岸通航建筑等組成，以防洪為主，兼有發(fā)電、航運、灌溉、旅游等功能。壩址以上庫區(qū)流域集雨面積為3 711 km2，占溇水流域面積的73.5%。水庫正常蓄水位236.0 m，總庫容18.34億m3，預留防洪庫容7.4億m3；水電站總裝機容量100 MW×3，設(shè)計年發(fā)電量為7.56億kW·h。

1 事故前廠用電系統(tǒng)運行方式

10.5 kV三段母線分段運行，1#高廠變TM11帶10.5 kVI段母線運行；2#高廠變TM12 A、TM12 B帶10.5 kVII段母線運行；3#高廠變TM13帶10.5 kVIII段母線運行，3臺高廠變高壓側(cè)分別連接至1#、2#、3#機組機端13.8 kV封閉母線。3臺機組自用電分別由各自的機組自用變供電，1#自用變通過斷路器344由10.5 kVI段母線供電；2#自用變通過斷路器354由10.5 kVII段母線供電；3#自用變通過斷路器364由10.5 kVIII段母線供電（見圖1，該圖僅畫出與計算分析相關(guān)的設(shè)備）。事故發(fā)生時，斷裂的避雷線一端連接至生活區(qū)第二回供電線路 （其控制斷路器編號為300）14#桿，另一端跨越溇水河、生活區(qū)第一回供電線路 （其控制斷路器編號為342）上方連接至35 kV變電站電桿。

圖1 江埡水電站廠用電系統(tǒng)接線圖

2 事故情況

2010年11月23日06時53分，江埡水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出信號：10.5 kV母線I段單相接地，10.5 kV母線II段單相接地，1#高廠變TM11高壓側(cè)斷路器314分閘，1#高廠變TM11低壓側(cè)斷路器340分閘，2#高廠變TM12高壓側(cè)斷路器324分閘，2#高廠變TM12低壓側(cè)斷路器350分閘，斷路器300限時速斷保護動作跳閘，2#高廠變電流速斷保護動作，1#高廠變過電流保護動作，造成1#高廠變TM11、2#高廠變TM12、生活區(qū)第一回供電線路、生活區(qū)第二回供電線路的斷路器相繼跳閘，10.5 kV母線I段、10.5 kV母線II段、壩頂10.5 kV母線和生活區(qū)同時停電。

事故后現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，造成事故直連接原因為原35 kV施工用電線路的避雷線跨溇水河段因腐蝕斷裂脫落，其中一段跌落在帶電運行的生活區(qū)第一回供電線路上，造成三相金屬短路，引起電弧燒斷架空鋼芯鋁絞線；另一段彈回到生活區(qū)第二回供電線路A、B兩相，造成線路兩相短路。

3 事故分析

生活區(qū)第一回供電線路控制斷路器342沒有跳閘，是因為保護出口回路的時間繼電器故障，造成斷路器342拒動，短路故障由上一級斷路器314切除。斷路器300電流速斷保護動作出口 （動作時間06∶53∶32∶990），引起斷路器 300 跳閘；斷路器 324 電流速斷保護動作出口（動作時間 06∶53∶33∶100），引起斷路器324跳閘。事故分析認為，斷路器300動作跳閘后，斷路器324不應(yīng)該再動作，屬于保護定值配合不當，應(yīng)重新核算、整定，確保在今后的運行中不再發(fā)生越級跳閘事件，進一步避免擴大事故停電范圍。

4 保護定值分析與計算

4.1 系統(tǒng)電氣設(shè)備參數(shù)

（1）生活區(qū)兩回供電線路共連接有9臺變壓器（表1），承擔著江埡水電站生活區(qū)所有用戶以及沿線路相關(guān)用戶的供電。正常運行方式下，1#、4#、5#、6#、7#變壓器連接至生活區(qū)第一回供電線路帶電運行；2#、3#、8#、9#變壓器連接至生活區(qū)第二回供電線路帶電運行，兩條線路可在生活區(qū)10.5 kV配電室實現(xiàn)相互備用倒換。

表1 各變壓器相關(guān)技術(shù)參數(shù)

對于生活區(qū)第一回供電線路，除8#、9#變壓器不能倒換至此線路帶電運行外，其它7臺變壓器均可倒換至此線路末端運行。根據(jù)各變壓器額定參數(shù)，可計算得出生活區(qū)第一回供電線路上最大額定負荷電流為：

對于生活區(qū)第二回供電線路，除6#、7#變壓器不能倒換至本線路帶電運行外，其余變壓器均倒換至此線路末端運行。根據(jù)各變壓器額定參數(shù)，可計算得出生活區(qū)第二回供電線路最大額定負荷電流為：

（2）其它電氣設(shè)備相關(guān)技術(shù)參數(shù)（表2，表3）。

表2 斷路器相關(guān)技術(shù)參數(shù)

表3 高壓廠用變壓器相關(guān)技術(shù)參數(shù)

4.2 線路斷路器保護定值計算

（1）定時限過流保護按躲過線路最大負荷電流整定。對直饋線路，采用下公式計算：

式中KK——可靠系數(shù)，取值為1.2（取值范圍為1.15～1.25）；

Kf——返回系數(shù)，電磁型繼電器取值為0.85；

Kzqd——電動機自啟動系數(shù)，取值為1.5（取值范圍為 1.5～2.5）；

Ifhxmax——本線路最大負荷電流。

通過計算得出：

生活區(qū)第一回供電線路過流保護動作值Idz=[（1.2×1.5）/0.85]×204.99=434.1 A， 此回線路電流互感器變比200/1，故保護整定值為2.17 A，延時5 s。

生活區(qū)第二回供電線路過流保護動作值Idz=[（1.2×1.5）/0.85]×246.97=523.0 A， 此回線路電流互感器變比200/1，故保護整定值為2.62 A，延時5 s。

（2）線路速斷電流值計算。

根據(jù)需要選擇基準容量：Sj=100 MVA；Uj=10.5 kV；Ij=5 498.7 A；Zj=1.1 Ω。

a、生活區(qū)第一回供電線路鋼芯鋁絞線型號為LGJ95，長度約8.5 km，阻抗取0.4Ω/Km。此回線路標幺值：

（式中100 MVA為基準容量）。

高廠變TM11高壓側(cè)斷路器314的短路開斷電流為31.5 kA，額定電壓12 kV，開斷容量為378 MVA。因此，認為無限大系統(tǒng)向故障點提供的斷流容量為378 MVA（計算電路圖見圖2，等值網(wǎng)絡(luò)圖見圖 3）。

圖2 生活區(qū)第二回線路計算電路圖

圖3 對應(yīng)圖2的等值網(wǎng)絡(luò)圖

系統(tǒng)標幺阻抗為：

高廠變標幺阻抗為：

故有效阻抗為：

生活區(qū)第一回供電線路末端三相短路電流有效值為：

b生活區(qū)第二回供電線路鋼芯鋁絞線型號為LGJ95，長度約 6.5 km，阻抗取 0.4 Ω/km。

此回線路標幺值：

高廠變TM12A、TM12B高壓側(cè)斷路器324的短路開斷電流為31.5 kA，額定電壓12 kV，開斷容量為378 MVA。因此，認為無限大系統(tǒng)向故障點提供的斷流容量為378 MVA（計算電路圖見圖4、等值網(wǎng)絡(luò)圖見圖5）。

圖4 生活區(qū)第二回線路計算電路圖

圖5 對應(yīng)圖4的等值網(wǎng)絡(luò)圖

系統(tǒng)標幺阻抗為：

高廠變標幺阻抗為：

故有效阻抗為：

生活區(qū)第二回供電線路末端三相短路電流有效值為：

（3）高廠變電流值計算。

高廠變低壓側(cè)三相短路時高壓側(cè)電流為：

a高廠變速斷動作電流按躲過變壓器外部故障時流過變壓器的最大三相短路電流整定計算：

（式中1.4為速斷保護可靠系數(shù)）。同時，還應(yīng)該躲過變壓器的勵磁涌流，按5倍額定電流整定，即：

綜合比較，取值11.5 A。

（2）高廠變過流保護動作值按照高廠變低壓側(cè)兩相短路時，靈敏系數(shù)不小于2整定：

5 結(jié)語

（1）由于生活區(qū)兩回10 kV架空供電線路投運至今沒有進行保護整定值復核，所帶負荷與線路投運初期的設(shè)計相比，負荷發(fā)生較大變化。所以，應(yīng)加強對此類設(shè)備的管理，及時做好保護定值核算，不容忽視。

（2）電力系統(tǒng)電氣設(shè)備之間保護定值的合理配合，是保護裝置可靠動作的依據(jù)，可以有效隔離故障點，防止事故擴大；保護定值管理應(yīng)系統(tǒng)化、規(guī)范化，定期復核、校驗，保證發(fā)電廠繼電保護裝置整定值的精準，從而保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

1 崔家佩,孟慶炎,陳永芳等.電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置整定計算[M].北京：水利電力出版社，1995.

2 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].北京：中國電力出版社，2003.