關于廠用電系統(tǒng)繼電保護整定計算問題的研究和難點分析

段芃

摘要：廠用電保護的配置及整定計算直接關系到廠用設備的正常可靠運行，繼而影響到電廠的安全和穩(wěn)定。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，我廠發(fā)電機、變壓器單機容量不斷增大，電力系統(tǒng)正朝著“大機組、超高壓、大電網(wǎng)”的方向發(fā)展。現(xiàn)今我國大容量發(fā)電廠不斷增多，他們在電力系統(tǒng)中地位更顯重要。

關鍵詞：廠用電系統(tǒng)、整定計算

廠用電系統(tǒng)（以下簡稱廠用系統(tǒng)）的電流電壓保護的整定計算曾存在著一些誤區(qū)。如某發(fā)電廠300MW機組廠用系統(tǒng)的繼電保護，從20世紀70年代中期到80年代后期，一致沿用定時限過電流保護各級時限相互配合的原則，以至高壓廠用變壓器（以下簡稱高廠變）高壓側過流保護動作時間高達3s以上，此種情況在過去很多發(fā)電廠常用系統(tǒng)中也存在。廠用系統(tǒng)的母線或饋線近區(qū)短路故障，而故障設備保護拒動或斷路器拒動（斷路器不能切除短路）的情況在國內(nèi)屢有發(fā)生，此時用高壓廠用變壓器或其分支帶時限的電流、電壓保護動作切除短路，如果動作時間過長，必然加重設備損壞程度或使短路范圍擴大。為此對廠用系統(tǒng)的繼電保護，可歸納以下繼電整定計算的原則。

1.高低壓廠用變壓器的電流、電壓保護整定計算

過去高壓廠變分支低電壓閉鎖過電流保護，動作電壓按躲過電動自啟動計算，動作電流按變壓器額定電流計算，其動作時間與低廠變定時限過電流保護動作時間配合計算都高達2.1s，有的甚至高達2.5s，這樣一級一級配合上去，最后至高廠變側的電流電壓保護動作時間高達3.1s，這種情況在某廠曾沿用很多年.20世紀80年代中期，高壓廠變分支低電壓閉鎖過電流保護的動作電壓按躲過電動機自啟動計算，按如此原則整定，高壓廠變分支低電壓閉鎖過電流保護動作電流都比較大，其動作電流能與各饋線的瞬時電流速斷保護動作電流配合，同時在此動作電流時，各饋線FC回路高壓熔斷器考慮到誤差后的熔斷時間小于或等于0.1s，則廠用分支的電流、電壓保護動作時間可用0.4～0.5s，而不必與低廠變定時限過電流保護的動作時間配合，用這種方法配合，已正常運行于今。由于廠用系統(tǒng)有電動機的自起動情況，不同于一般用戶，也不同于變電站的降壓或升壓變壓器的運行情況，所以與一般變壓器的整定計算有很大差異。有的雖然是過電流保護，而實際是帶時限的電流速斷保護，因此整定計算往往不能簡單的按照定時限過電流保護處理。

2.低壓廠變過電流保護的動作時間整定

其動作電流如已與低壓側各饋線的電流速斷保護的動作電流配合，同時此時低壓側的熔斷器的熔斷時間小于或等于0.1s時，則低壓廠變過電流保護的動作時間可用0.5s；動作電流如與低壓側各饋線的短延時電流速斷保護的動作電流配合，則低壓廠變過電流保護的動作時間可用0.6～0.7s，一般是最長動作時間不超過1s。

3.校核變壓器允許的自起動容量和自起動時母線殘壓

在整定計算過程中，應校核變壓器允許的自起動容量和自啟動時母線殘壓，以保證重要電動機能可靠的自啟動。如某發(fā)電廠，1989年7月一臺供燃油的重油泵廠用變壓器在電動機自啟動過程中，由于重油黏度特別高，重油泵過負荷自起動，使自啟動母線殘壓長期為60%額定電壓，造成多臺重油泵始終未能啟動成功，該低壓廠變長期過載運行，最后導致變壓器油溫短時間內(nèi)迅速上升，致使變壓器重瓦斯保護動作。對這種特殊負荷的特殊情況，為確保設備的安全，保護裝置及其整定計算應做特殊處理。

3.1 為保證電動機自起動成功，可用低電壓保護切除足夠容量的電動機，母線電壓應保證I類負荷自起動成功。

3.2 為保證變壓器安全運行，除安裝短路故障的后備保護外，應考慮加裝躲自起動且具有反時限特性的過負荷跳閘保護。過去在變壓器高壓側不裝設此保護，但近年來低壓廠變高壓側綜合保護帶有反時限特性的過負荷保護，或低壓廠變低壓側裝設帶智能保護的低壓自動空氣斷路器，可合理整定綜合保護帶有反時限特性的過負荷保護或低壓自動空氣斷路器的長延時保護，作為低壓廠變的過負荷保護。

3.3 在設計時要考慮變壓器有足夠的容量，以保證這種情況所有重要電動機的自起動。

4.上下級保護時間級差的選擇。

由于現(xiàn)在大機組的廠用系統(tǒng)保護基本不再采用電磁型時間元件，而采用微機保護或高精度時間元件，這樣上下級保護時間級差可用0.3～0.4s。

5.關于高壓廠用系統(tǒng)中性點接地方式的選擇問題

大型發(fā)電機組高壓廠用系統(tǒng)中性點接地方式分為不接地方式和小電阻接地方式。

5.1廠用系統(tǒng)中性點不接地方式。

（1） 廠用系統(tǒng)中性點不接地方式單相接地保護作用于信號。過去大部分高壓（6.3kV）廠用系統(tǒng)采用中性點不接地方式，當高壓廠用系統(tǒng)發(fā)生單相接地，且單相接地電流 時，允許系統(tǒng)繼續(xù)運行2h。但時間證明，對于大機組的高壓廠用系統(tǒng)，單相接地電流一般雖小于10A，而當電纜發(fā)生單相接地時，幾乎都在短時間內(nèi)發(fā)展為電纜的相間短路。由此可見，高壓廠用系統(tǒng)中性點采用不接地方式，當高壓廠用系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，不裝飾作用于跳閘的單相接地保護或僅裝設作用于信號的單相接地保護是不安全的。

（2） 廠用系統(tǒng)中性點不接地方式單相接地保護作用于跳閘。當高壓廠用系統(tǒng)單相接地電流超過10A或接地10A時，應作用于跳閘方式。

（3） 廠用系統(tǒng)經(jīng)小電阻接地方式。近年來，單機容量在300MW及以上機組的高壓廠用系統(tǒng)，為保證單相接地時零序過電流保護同時滿足選擇性和靈敏性的要求，采用高壓廠用變壓器中性點經(jīng)小電阻接地方式，其接地電阻值應遵循各級零序過電流保護既有選擇性又有足夠的靈敏度，同時單相接地電流在短時間內(nèi)部導致加重一次設備破壞程度的原則。高壓廠用系統(tǒng)中性點接地電阻值滿足單相接地電流為600～200A比較合理，高壓廠用系統(tǒng)中性點接地電阻 （Ω），即6kV廠用系統(tǒng)中性點接地電阻 （Ω）。

6.廠用系統(tǒng)繼電保護所用電流互感器TA的選擇

（1） 10kV高壓電動機和低壓廠變保護所用TA，不應根據(jù)電動機或低壓廠用變壓器的額定電流選擇TA變比，應根據(jù)實際短路電流水平，選擇足夠大變比、短路電流倍數(shù)、容量，以保證保護在各種短路情況下能可靠動作（國內(nèi)已多次發(fā)生高、低壓廠用系統(tǒng)出口短路時因TA嚴重飽和，造成保護拒動的實例）。

（2） 高壓廠用變壓器中性點經(jīng)小電阻接地TA0變比和零序過電流繼電器選擇。自20實際90年代后，高壓廠用變壓器中性點經(jīng)小電阻接地方式，其接地電流在（180～800）A之間，此時高壓電動機和低壓廠用變壓器高壓側單相接地保護，不能再用小電流接地方式的接地電流測量互感器TA0，根據(jù)接地電流的大小，應采用TA0變比（200～800）/（5或1）A，同時高壓電動機和低壓廠用變壓器接地零序過電流繼電器應和TA0二次電流匹配，應能可靠反映最大單相接地電流，即接地電流測量互感器TA0和零序過電流繼電器內(nèi)部測量互感器TA均不能因接地電流的增大導致保護或溢出而拒動（實際上此種情況保護拒動在國內(nèi)多次發(fā)生）。所以在調(diào)試時應通入可能的最大接地電流，檢查TA0和TA不應出現(xiàn)保護現(xiàn)象，繼電器也不能因此拒動。

7.廠用系統(tǒng)（0.4～10kV）繼電保護整定計算的難點

（1） 饋線出口短路電流特別大而TA變比過小的矛盾。實際廠用系統(tǒng)中各饋線出口短路電流特別大，而按負荷電流選擇TA變比過小，以致各饋線出口短路時TA出現(xiàn)嚴重飽和，這基本上是高低壓廠用系統(tǒng)共存的問題。當廠用母線近區(qū)短路，只是TA出現(xiàn)嚴重飽和時，TA二次側智能輸出非常窄的尖頂波，以至饋線出口短路時保護拒動.例如，A、B廠10kV母線附近或高壓電動機入口三項短路電流高達18kA，如饋線用100/5的TA，則短路電流倍數(shù)高達180倍。當?shù)碗妷簭S用變?nèi)萘繛?250kVA、Uk%=6時，0.4kV母線附近三相短路電流高達27kA，如低壓饋線的電流互感器采用300/5，則短路電流倍數(shù)高達100倍。而生產(chǎn)廠家的這一電壓等級TA，短路電流倍數(shù)和容量都比較小，這使保護更難保證其正確動作。對于這種情況可采用以下措施進行處理。

1）保護用電流互感器。盡可能選用非較大的變比、較大的保護電流倍數(shù)和較大的容量。

2）繼電保護裝置。盡可能安裝于就地配電柜上，最大限度減小電流互感器的二次負載。

（2） 0.4kV廠用系統(tǒng)安全可靠性和靈敏度之間的矛盾。0.4kV廠用系統(tǒng)雖然可采用分級整定一次脫扣的自動空氣斷路器，由于不能按整定要求調(diào)整整定值會存在低壓電纜末端短路時靈敏度不夠的問題。特別重要的供電線路（I類負荷饋線），如電動機控制中心MCC所接負荷數(shù)量較多時，還需分兩級保護，以便這種饋線既不能犧牲選擇性，又要保證可靠動作。如采用二次型保護，必須考慮電流互感器的極度飽和問題，盡可能選用變比和容量較大的TA。對這種設備的保護最好采用分級整定一次脫扣的自動空氣斷路器，與二次型保護配合使用，或采用帶有智能型保護的自動空氣斷路器。在短路電流很大時，二次保護可能拒動，這時由一次脫扣保護動作跳閘。當一次保護靈敏度不夠時，可由二次型保護動作跳閘。