對(duì)發(fā)電廠廠用電保護(hù)配置及定值整定探究

摘 要：隨著近些年來(lái)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)家用電量急劇增加，隨之發(fā)電廠的任務(wù)也越來(lái)越艱巨。發(fā)電廠廠用電是用電系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保發(fā)電廠廠用電的用電安全是維護(hù)用電安全的基本保障。在發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、檢修等操作，這就需要對(duì)各供電設(shè)備采取用電保護(hù)措施。該文對(duì)發(fā)電廠廠用電保護(hù)的配置原則和定值整定分析，結(jié)合用電設(shè)備的相關(guān)類(lèi)型和參數(shù)，探究發(fā)電廠廠用電保護(hù)需要關(guān)注的一些問(wèn)題，旨在確保發(fā)電廠的用電安全。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠 廠用電 保護(hù)配置 定值整定

中圖分類(lèi)號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（b）-0099-02

發(fā)電廠在投入運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、檢修等過(guò)程，對(duì)電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的維護(hù)在發(fā)電廠電氣系統(tǒng)中具有重要的作用。廠用電系統(tǒng)是電廠在正常運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中需要的工藝設(shè)備和輔助設(shè)備供電的系統(tǒng)，主要包括發(fā)電機(jī)、主變壓器和升壓站等上端主系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備。電路的保護(hù)和控制功能是由廠用電的二次系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)設(shè)備的正常使用起到?jīng)Q定性作用。廠用電保護(hù)裝置及定值整定對(duì)廠用設(shè)備的使用起到不容忽視的作用。發(fā)電廠的用電系統(tǒng)較為復(fù)雜，給繼電保護(hù)的整定計(jì)算帶來(lái)一定的難度。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)多是基于手算且工程量大，但隨著微機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，逐漸實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的一體化和自動(dòng)化發(fā)展。繼電保護(hù)整定軟件的應(yīng)用可以減少人工整定計(jì)算的工作量，可以節(jié)約大量的時(shí)間成本。

1 繼電保護(hù)裝置

目前，發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的電壓等級(jí)不高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，保護(hù)配置和整定算的相關(guān)文獻(xiàn)較少，在具體的實(shí)踐過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。例如，由于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置實(shí)際整定的指導(dǎo)性不高，導(dǎo)致繼電保護(hù)的可操作性較低，相關(guān)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)或者設(shè)計(jì)手冊(cè)只對(duì)一些常規(guī)的保護(hù)配置和取值范圍進(jìn)行設(shè)置，但是不能滿足目前較為普遍的微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)統(tǒng)一圖形系統(tǒng)、整定計(jì)算以及人工干預(yù)等，實(shí)現(xiàn)可視化的操作系統(tǒng)，如圖1所示。相比傳統(tǒng)模式的保護(hù)配置及定值計(jì)算較簡(jiǎn)單、方便，目前是較為普遍的應(yīng)用方法。

目前，發(fā)電廠使用的設(shè)備種類(lèi)較多，所需要應(yīng)用的保護(hù)原理不同，采用的設(shè)備也不一樣。發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)都是通過(guò)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)工作的，它們的運(yùn)行狀況較為復(fù)雜，需要保護(hù)的方面較多，該文章主要是通過(guò)兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行繼電保護(hù)分析。現(xiàn)在電廠采用的發(fā)電機(jī)組的規(guī)模逐漸變大，廠用電的主線接線形式跟以往相比也有所變化。繼電保護(hù)的整定計(jì)算中也會(huì)遇到一些難點(diǎn)問(wèn)題，在實(shí)際的廠用電中各個(gè)饋線出口短路電流過(guò)大，與TA電流變比不匹配，當(dāng)它變比較小時(shí)會(huì)使饋線出口短路TA出現(xiàn)過(guò)飽和現(xiàn)象，TA二次輸出的尖頂波較窄，導(dǎo)致各個(gè)饋線出口短路時(shí)發(fā)生保護(hù)拒動(dòng)現(xiàn)象。

發(fā)電廠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)差異較大，大型機(jī)組多采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單元接線，中小型機(jī)組的接線形式較為復(fù)雜，其保護(hù)配置也各不相同。保護(hù)配置多樣性導(dǎo)致相應(yīng)保護(hù)裝置多樣化。在廠用電的二次系統(tǒng)中，線路接口較多，設(shè)計(jì)完成后修改較為困難，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要深思熟慮，避免后期修改。高壓廠用電的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法較多，保護(hù)裝置的不同會(huì)導(dǎo)致外部接口和通信方式不一樣，因而在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)就需要對(duì)二次設(shè)備采購(gòu)情況進(jìn)行了解，依據(jù)廠家的產(chǎn)品資料和樣品，進(jìn)行相關(guān)工作，避免后期的修改。

繼電保護(hù)的定值整定計(jì)算是繼電保護(hù)運(yùn)行技術(shù)的重要組成部分，對(duì)系統(tǒng)的電氣設(shè)備具有重大作用。繼電保護(hù)定值計(jì)算出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)引起繼電保護(hù)的拒動(dòng)或者誤動(dòng)，使得電氣故障擴(kuò)大化，導(dǎo)致電氣設(shè)備受損，甚至引起更大的安全事故。在對(duì)發(fā)電廠進(jìn)行繼電保護(hù)時(shí)，需要進(jìn)行定值整定計(jì)算，通過(guò)計(jì)算來(lái)檢驗(yàn)保護(hù)裝置是否符合現(xiàn)有設(shè)備，不符合實(shí)際情況時(shí)，需要進(jìn)行方案改進(jìn)，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2 保護(hù)裝置的設(shè)備選型

（1）600MW發(fā)電機(jī)組的主接線形式。

廠用電的電壓等級(jí)通常是根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定電壓、電動(dòng)機(jī)的電壓和廠用電供電網(wǎng)絡(luò)等因素共同決定，除此之外還需要考慮經(jīng)濟(jì)性。為了簡(jiǎn)化廠用電接線，方便維護(hù)，本單位采用的廠用電電壓為10kV的高壓電，電壓等影響電動(dòng)機(jī)的機(jī)械選型，在滿足技術(shù)要求的前提下，需要選擇較為合適的電動(dòng)機(jī)，以便于獲得更高經(jīng)濟(jì)效益。600MW的發(fā)電機(jī)組通常經(jīng)升壓變壓后接入500 kV或750 kV系統(tǒng)，但是也存在經(jīng)升壓后接入其他電壓等級(jí)系統(tǒng)的情況，大型電廠和變電所330 kV及以上，進(jìn)出線回路數(shù)較多的高壓、超高壓配電裝置中通常采用一個(gè)半斷路器接線。

在高壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)裝置中，由于異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，并且它能夠滿足大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械需求，因此在軋鋼、機(jī)床、礦山機(jī)械等工況行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步，保護(hù)裝置由機(jī)電式向微機(jī)型過(guò)渡，保護(hù)裝置的自動(dòng)化程度越來(lái)越高。當(dāng)使用的電動(dòng)機(jī)的數(shù)量較多時(shí)，需要消耗大量的人力資源和物力資源，這會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)使用的復(fù)雜性。電動(dòng)機(jī)的惡劣運(yùn)行環(huán)境或者長(zhǎng)期運(yùn)行不當(dāng)會(huì)引起電動(dòng)機(jī)內(nèi)部繞組出現(xiàn)故障，出現(xiàn)匝間短路或者單相接地等問(wèn)題。因此，電動(dòng)機(jī)的保護(hù)問(wèn)題較為復(fù)雜，在具體的使用過(guò)程中需要對(duì)電動(dòng)機(jī)等選擇合理的保護(hù)裝置和啟動(dòng)裝置。

現(xiàn)階段，高壓廠變分支復(fù)合電壓過(guò)電流保護(hù)的整定計(jì)算，是通過(guò)動(dòng)作電流決定的。低電壓動(dòng)作值，由躲過(guò)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的最低殘壓來(lái)決定，負(fù)序電壓動(dòng)作值由躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的不平衡電壓進(jìn)行定值整定計(jì)算，動(dòng)作電流取決于躲過(guò)電流對(duì)應(yīng)分支的額定電流。這種方式的保護(hù)電流較低，靈敏度較高。

3 保護(hù)裝置中電動(dòng)機(jī)的整定問(wèn)題

針對(duì)一些高壓電動(dòng)機(jī)使用要求，可以參考相關(guān)規(guī)程對(duì)此進(jìn)行了整定計(jì)算，確保保護(hù)裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)10 kV的出線主要考慮電流速斷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地故障保護(hù)、PT斷線保護(hù)。

（1）電流速斷保護(hù)。《DL-T 5153-2002火電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》要求在一些情況下，需要進(jìn)行電流速斷保護(hù)整定計(jì)算等。動(dòng)作電流整定是通過(guò)啟動(dòng)電流來(lái)確定，電流速斷保護(hù)裝置動(dòng)作電流整定值與電流繼電器的可靠系數(shù)、接線系數(shù)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流成正比，與電流互感器變比成反比。電動(dòng)機(jī)處于供電網(wǎng)絡(luò)的末端，不需要對(duì)電流速斷保護(hù)進(jìn)行動(dòng)作時(shí)限設(shè)置。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作狀況，電流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)應(yīng)該根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行整定計(jì)算。以汽機(jī)變?yōu)槔氵^(guò)外部短路時(shí)電流保護(hù)的最大短路電流為，式中為為可靠系數(shù)，為最大運(yùn)行方式下變壓器低壓側(cè)母線三相短路時(shí)流過(guò)電流互感器的電流值。

（2）過(guò)熱保護(hù)。過(guò)熱保護(hù)功能是建立在對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)熱模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行散熱計(jì)算分析，因此實(shí)現(xiàn)較為精確的過(guò)熱保護(hù)，主要是通過(guò)發(fā)熱時(shí)間常數(shù)和散熱時(shí)間來(lái)確定。根據(jù)所采購(gòu)的電動(dòng)機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)熱時(shí)間，發(fā)熱時(shí)間的計(jì)算有4種方法，（1）可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力計(jì)算；（2）可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)的溫升值和電流密度計(jì)算；（3）也可以由電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流下定子溫升的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)計(jì)算；（4）還可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行規(guī)程對(duì)發(fā)熱時(shí)間常數(shù)進(jìn)行估算。散熱時(shí)間，是由電機(jī)過(guò)熱后從高溫降至常溫時(shí)的時(shí)間來(lái)確定。

（3）堵轉(zhuǎn)保護(hù)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)機(jī)械卡塞、電壓過(guò)低等堵轉(zhuǎn)情況。堵轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速較低，電路中的電流過(guò)大，甚至?xí)^(guò)額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)溫度上升，容易燒壞。在堵轉(zhuǎn)保護(hù)中，可以采用失壓-恢復(fù)的方式進(jìn)行保護(hù)，即電壓跌落后恢復(fù)至正常值，實(shí)現(xiàn)失壓后的重啟，采用這種邏輯方式可以調(diào)整電流定值到較小的范圍，使靈敏度大大提高。

4 保護(hù)裝置的靜態(tài)調(diào)試

繼電保護(hù)裝置的選型和定值整定計(jì)算的選型和定值整定計(jì)算是否適合發(fā)電廠的實(shí)際情況，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果和相關(guān)的數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證。首先，需要確定系統(tǒng)整體的繼電保護(hù)裝置方案；其次，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的定值整定計(jì)算，將對(duì)應(yīng)的發(fā)變組和線路中的保護(hù)裝置啟用試運(yùn)行模式，對(duì)試運(yùn)行模式中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)故障情況和保護(hù)動(dòng)作的發(fā)生情況進(jìn)行記錄和分析；最后，根據(jù)故障信息和保護(hù)動(dòng)作的統(tǒng)計(jì)情況進(jìn)行分析，查找故障類(lèi)型，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。

在發(fā)電廠廠用電保護(hù)系統(tǒng)中，通過(guò)建立定值單模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)整定計(jì)算模塊的配合應(yīng)用，定值單的流轉(zhuǎn)過(guò)程具體實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示。通過(guò)生成定制單后進(jìn)入管理程序進(jìn)行定值單的計(jì)算管理，也可以通過(guò)手動(dòng)輸入定值項(xiàng)的定值和CT、PT等信息到定值單管理程序中，實(shí)現(xiàn)定值單的生成。繼電保護(hù)管理是通過(guò)通知單的管理過(guò)程來(lái)反映的。生成的通知單通過(guò)審核人員批準(zhǔn)后下發(fā)執(zhí)行，通知原來(lái)的通知單作廢。通知單的使用，對(duì)發(fā)電廠廠用電保護(hù)的管理可以實(shí)現(xiàn)一體化的系統(tǒng)管理方式，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著電力科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前關(guān)于繼電保護(hù)整定的研究日益增多，保護(hù)定值的整定已經(jīng)成為電力系統(tǒng)正常工作的重要過(guò)程，是做好繼電保護(hù)配置工作，滿足電網(wǎng)正常運(yùn)行的基本保障。目前我國(guó)電力系統(tǒng)主設(shè)備生產(chǎn)廠家較多并且復(fù)雜，發(fā)電廠廠用電保護(hù)的方案也會(huì)各不相同，目前微機(jī)保護(hù)的定值整定的工作量較大，需要依賴(lài)相關(guān)的工作人員進(jìn)行整定系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用工作。

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