帶直配母線(xiàn)的小電源機(jī)組電流解列保護(hù)研究

王志龍

（梅山鋼鐵公司熱電廠(chǎng)，南京 210039）

帶直配母線(xiàn)的小電源機(jī)組電流解列保護(hù)研究

王志龍

（梅山鋼鐵公司熱電廠(chǎng)，南京 210039）

帶有直配母線(xiàn)的小電源機(jī)組的電流解列保護(hù)，受母線(xiàn)上其他負(fù)荷起停的影響較大，易造成保護(hù)誤動(dòng)，設(shè)計(jì)較為困難。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究探索了一種非常規(guī)的保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)調(diào)整保護(hù)所需要的機(jī)組定子電流的采集位置，有效解決了機(jī)組的解列保護(hù)配置的問(wèn)題，既滿(mǎn)足了電網(wǎng)系統(tǒng)安全的需要，又實(shí)現(xiàn)了直配母線(xiàn)上其他負(fù)荷的正常使用。

解列保護(hù)；小電源；直配母線(xiàn)；故障

在電網(wǎng)系統(tǒng)故障情況下，位于系統(tǒng)各終端的小電源發(fā)電機(jī)組通常無(wú)法提供足夠大的故障電流以使故障點(diǎn)兩側(cè)的開(kāi)關(guān)正確動(dòng)作，從而導(dǎo)致故障點(diǎn)無(wú)法及時(shí)隔離，甚至造成事故擴(kuò)大，因此為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，繼電保護(hù)通常設(shè)計(jì)優(yōu)先解列小電源發(fā)電機(jī)組，再通過(guò)重合閘判斷故障性質(zhì)，進(jìn)而確保系統(tǒng)的安全［1］。然而小電源發(fā)電機(jī)組多為企業(yè)自備的余熱、循環(huán)利用機(jī)組，且這些小型機(jī)組在設(shè)計(jì)過(guò)程中多為帶有直配廠(chǎng)用母線(xiàn)的接線(xiàn)方式，而非大機(jī)組的單元制接線(xiàn)。從而造成此類(lèi)機(jī)組的解列保護(hù)配置與廠(chǎng)用電負(fù)荷起停之間產(chǎn)生矛盾，難以取舍。本文通過(guò)對(duì)梅山鋼鐵公司熱電廠(chǎng)#1機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行研究，提出通過(guò)改變電流采樣位置的方式，解決了上述矛盾。

1　機(jī)組接線(xiàn)方式及存在的問(wèn)題

1.1電氣系統(tǒng)的接線(xiàn)方式

1#發(fā)電機(jī)組為背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)，該機(jī)組主要作為熱電廠(chǎng)中壓蒸汽熱網(wǎng)的蒸汽來(lái)源，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)熱負(fù)荷約250t/h，電負(fù)荷約8MW。發(fā)電機(jī)出口額定電壓為 6.3kV，額定容量為 12MW，發(fā)電機(jī)經(jīng)出口608開(kāi)關(guān)和閘刀接于6kV 0段母線(xiàn)，并將6kV 0段進(jìn)線(xiàn)600開(kāi)關(guān)與系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行（如圖1所示），由于6kV 0段母線(xiàn)上接有電動(dòng)給水泵等大型電氣設(shè)備，最大負(fù)荷為電動(dòng)給水泵電機(jī)，額定容量為2.5MW。

圖1　電氣系統(tǒng)接線(xiàn)方式

1.2保護(hù)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，#1發(fā)電機(jī)將通過(guò)出口608開(kāi)關(guān)經(jīng)6kV 0段進(jìn)線(xiàn)600開(kāi)關(guān)、#1主變向110kV電網(wǎng)故障點(diǎn)提供故障電流，然而#1發(fā)電機(jī)組容量較小，所提供的短路電流無(wú)法達(dá)到系統(tǒng)故障時(shí)距離故障點(diǎn)最近的線(xiàn)路開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作電流值，從而造成系統(tǒng)開(kāi)關(guān)無(wú)法及時(shí)切除故障點(diǎn)，進(jìn)而可能造成事故擴(kuò)大。因此系統(tǒng)保護(hù)配置采取提高保護(hù)靈敏度，并通過(guò)重合閘切除瞬時(shí)故障的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電的可靠性。然而#1發(fā)電機(jī)組的存在，快速重合閘可能造成系統(tǒng)非同期，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此要求#1發(fā)電機(jī)組加裝解列保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，在重合閘前解列發(fā)電機(jī)組，確保重合閘的可靠性。按正常繼電保護(hù)配置方案，#1發(fā)電機(jī)電流解列保護(hù)的電流采集點(diǎn)應(yīng)在#1發(fā)電機(jī)出口608開(kāi)關(guān)處，可以真實(shí)反映發(fā)電機(jī)的機(jī)端電流變化，由于直配母線(xiàn)的存在，導(dǎo)致#1發(fā)電機(jī)電流解列保護(hù)會(huì)在6kV 0段設(shè)備起動(dòng)過(guò)程中發(fā)生誤動(dòng)，從而影響廠(chǎng)用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

可以將6kV 0段看作是一個(gè)雙側(cè)電源供電的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)6kV 0段設(shè)備起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流可以從#1發(fā)電機(jī)組和#1主變兩個(gè)方向供給，其電流分配由二者阻抗大小決定。然而從電機(jī)學(xué)可知［2］，容量相近的變壓器和發(fā)電機(jī)相比，發(fā)電機(jī)的負(fù)載阻抗遠(yuǎn)小于變壓器。因此，設(shè)備起動(dòng)過(guò)程中，起動(dòng)電流將主要由發(fā)電機(jī)供給。

1.3電網(wǎng)系統(tǒng)下發(fā)保護(hù)整定值

為了配合城市環(huán)境整治需要，熱電廠(chǎng)按要求停用燃煤，僅以煤氣作為鍋爐燃料，#2發(fā)電機(jī)因蒸汽不足停役。經(jīng)上述調(diào)整后，熱電廠(chǎng)110kV正母系統(tǒng)僅有#1發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)，電氣系統(tǒng)原有保護(hù)配置無(wú)法可靠動(dòng)作，影響廠(chǎng)用電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

經(jīng)與供電公司協(xié)商，只有通過(guò)在#1發(fā)電機(jī)加裝低壓解列保護(hù)和過(guò)電流解列保護(hù)，在系統(tǒng)故障時(shí)通過(guò)該保護(hù)將#1發(fā)電機(jī)解列，從而提高110kV正母系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠供電。為此供電公司下發(fā)了一組保護(hù)整定值［2］（表1），要求熱電廠(chǎng)按定值單執(zhí)行。

表1　保護(hù)整定值

2　解決此類(lèi)問(wèn)題的一般方式

針對(duì)這一問(wèn)題，在目前一般可采取以下幾種方法解決。

1）發(fā)電機(jī)出口加裝電抗器

為減小大型設(shè)備起動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)供給的起動(dòng)電流，從而防止保護(hù)誤動(dòng)，加裝電抗器后，一般能夠解決設(shè)備起動(dòng)的問(wèn)題。但該方法也存在諸多弊端，如增加電抗器的投資較大；電抗器需要增加相應(yīng)的設(shè)備維護(hù)；在電力系統(tǒng)中增加一臺(tái)設(shè)備，就相當(dāng)于增加了一個(gè)故障點(diǎn)；電抗器的存在可能會(huì)降低發(fā)電機(jī)其他保護(hù)的可靠性等問(wèn)題。

2）大型設(shè)備起動(dòng)時(shí)，將發(fā)電機(jī)解列

該方法僅適用于發(fā)電機(jī)容量很小，且頻繁起停對(duì)相關(guān)系統(tǒng)無(wú)影響或影響輕微的發(fā)電機(jī)組。但頻繁起停發(fā)電機(jī)組，對(duì)機(jī)組本身的損害也是不可避免的。

3）大型設(shè)備起動(dòng)時(shí)，解除解列保護(hù)

該方法避免了發(fā)電機(jī)組的頻繁起停，減少了起停對(duì)發(fā)電機(jī)組的損害，也降低了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。但通過(guò)解除保護(hù)的方式避免保護(hù)誤動(dòng)卻給生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)埋下了重大隱患，一旦在該過(guò)程中發(fā)生故障，將造成保護(hù)無(wú)法動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)可能造成重大系統(tǒng)事故。

3　帶直配母線(xiàn)的小電源機(jī)組電流解列保護(hù)的試驗(yàn)研究

3.1改進(jìn)思路

鑒于熱電廠(chǎng)#1發(fā)電機(jī)組接線(xiàn)方式固有的弊端，以及提高廠(chǎng)用電穩(wěn)定性的需要。結(jié)合#1機(jī)所在電氣系統(tǒng)的接線(xiàn)特點(diǎn)，將#1機(jī)過(guò)電流解列保護(hù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，改變電流量的采集位置。電流采集點(diǎn)由常規(guī)的608開(kāi)關(guān)處，移至6kV 0段進(jìn)線(xiàn)600開(kāi)關(guān)處。從而將#1機(jī)供給的6kV 0段設(shè)備起動(dòng)電流與系統(tǒng)故障電流區(qū)分開(kāi)。

3.2改進(jìn)試驗(yàn)

1）#1發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，起動(dòng)電動(dòng)給水泵時(shí)608開(kāi)關(guān)處電流變化

如圖2所示，采用福祿克F199C型示波器對(duì)起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行錄波。起動(dòng)前#1發(fā)電機(jī)出口608開(kāi)關(guān)處電流約為570A，示波器顯示起動(dòng)過(guò)程中瞬間最大峰值電流為 101.6mA（示波器電流與發(fā)電機(jī)二次電流比為1：100），折算至有效值為71.8mA，折算至發(fā)電機(jī)二次電流為 7.18A，折算至發(fā)電機(jī)一次電流為2154A（TA變比為1500/5）；起動(dòng)時(shí)間約1.6s。起動(dòng)過(guò)程中瞬間最大電流在2100A以上，但該電流持續(xù)時(shí)間很短，小于1s；但起動(dòng)電流在1900～2000A之間的持續(xù)時(shí)間超過(guò)1s；起動(dòng)過(guò)程中電流遠(yuǎn)大于過(guò)流解列保護(hù)定值1300A，且持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于1s；因此，過(guò)流解列保護(hù)電流采集點(diǎn)在608開(kāi)關(guān)處將無(wú)法躲過(guò)電動(dòng)給泵起動(dòng)電流。

圖2　發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，起動(dòng)電動(dòng)給水泵時(shí)608開(kāi)關(guān)處電流

2）#1發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，起動(dòng)電動(dòng)給水泵時(shí)600開(kāi)關(guān)處電流變化

圖3　發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，起動(dòng)電動(dòng)給水泵時(shí)600開(kāi)關(guān)處電流

在上述起動(dòng)過(guò)程中，同時(shí)使用示波器記錄了600開(kāi)關(guān)處的電流變化，如圖3所示。由波形可以看出，起動(dòng)初期600開(kāi)關(guān)處電流有一個(gè)瞬間增大過(guò)程，但數(shù)值僅為 1000左右，且持續(xù)時(shí)間僅 0.1s左右，遠(yuǎn)小于1s，且隨后電流下降直至反向，但整個(gè)過(guò)程電流都達(dá)到動(dòng)作值，因此若將電流采集點(diǎn)移至600開(kāi)關(guān)處，則可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)電流躲過(guò)6kV 0段電氣設(shè)備的正常起動(dòng)電流。

3.3試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)將電流采集點(diǎn)移至600開(kāi)關(guān)處時(shí)，保護(hù)能夠躲過(guò)設(shè)備正常起動(dòng)電流，且通過(guò)理論分析，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，1#機(jī)出口608開(kāi)關(guān)電流和600開(kāi)關(guān)電流應(yīng)近似相等，因此可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障時(shí)保護(hù)的正常動(dòng)作。

4　結(jié)論

熱電廠(chǎng)#1發(fā)電機(jī)組采納了改變采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)保護(hù)正確動(dòng)作的改造方案，并投入使用，經(jīng)過(guò)半年多的試運(yùn)行，6kV 0段電氣設(shè)備起動(dòng)多次，未發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)作情況，達(dá)到了改造要求，確保了廠(chǎng)用電系統(tǒng)穩(wěn)定正常。

發(fā)電機(jī)接于直配母線(xiàn)后并入電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)組目前仍大量存在，本技術(shù)方案簡(jiǎn)單、可靠、無(wú)需額外投資，并有效的解決了解列保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題，因此該方案可以應(yīng)用于類(lèi)似機(jī)組的保護(hù)改造中。

［1］ GB/T 14285—2006. 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］ 李發(fā)海， 朱東起. 電機(jī)學(xué)［M］. 4版. 北京： 科學(xué)出版社， 2007.

［3］ 許正亞. 發(fā)電廠(chǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算及其運(yùn)行技術(shù)［M］. 北京： 中國(guó)水利水電出版社， 2009.

With Straight Column with Small Power Unit Current Solution of Busbar Protection Research

Wang Zhilong
（Power Plant of Meishan Iron& Steel Co.， Nanjing 210039）

With rection busbar， the current solution column protection of small power supply units ，its strongly influenced by other load start-stop on bus， cause protection misoperation easily，it's difficult to design.In this paper， through experimental study to explore a kind of unconventional protection method，through adjusting unit needed to protect the acquisition of the stator current location，effectively solve the problem of solution column protection configuration of the unit.Satisfy the need of the power system security， and realize the rection on other bus load is normal.

solution column protection； small power supply； rection bus line； the fault

王志龍（1981-），男，江蘇南京人，工程師，主要從事模發(fā)電廠(chǎng)電氣設(shè)備繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)工作。