帶直配母線的小電源機組電流解列保護研究

王志龍

（梅山鋼鐵公司熱電廠，南京 210039）

帶直配母線的小電源機組電流解列保護研究

王志龍

（梅山鋼鐵公司熱電廠，南京 210039）

帶有直配母線的小電源機組的電流解列保護，受母線上其他負荷起停的影響較大，易造成保護誤動，設計較為困難。本文通過實驗研究探索了一種非常規的保護實現方法，通過調整保護所需要的機組定子電流的采集位置，有效解決了機組的解列保護配置的問題，既滿足了電網系統安全的需要，又實現了直配母線上其他負荷的正常使用。

解列保護；小電源；直配母線；故障

在電網系統故障情況下，位于系統各終端的小電源發電機組通常無法提供足夠大的故障電流以使故障點兩側的開關正確動作，從而導致故障點無法及時隔離，甚至造成事故擴大，因此為了保證系統的安全運行，繼電保護通常設計優先解列小電源發電機組，再通過重合閘判斷故障性質，進而確保系統的安全［1］。然而小電源發電機組多為企業自備的余熱、循環利用機組，且這些小型機組在設計過程中多為帶有直配廠用母線的接線方式，而非大機組的單元制接線。從而造成此類機組的解列保護配置與廠用電負荷起停之間產生矛盾，難以取舍。本文通過對梅山鋼鐵公司熱電廠#1機組的現場試驗進行研究，提出通過改變電流采樣位置的方式，解決了上述矛盾。

1　機組接線方式及存在的問題

1.1電氣系統的接線方式

1#發電機組為背壓式汽輪機發電機，該機組主要作為熱電廠中壓蒸汽熱網的蒸汽來源，設計經濟熱負荷約250t/h，電負荷約8MW。發電機出口額定電壓為 6.3kV，額定容量為 12MW，發電機經出口608開關和閘刀接于6kV 0段母線，并將6kV 0段進線600開關與系統并網運行（如圖1所示），由于6kV 0段母線上接有電動給水泵等大型電氣設備，最大負荷為電動給水泵電機，額定容量為2.5MW。

圖1　電氣系統接線方式

1.2保護設計存在的問題

當電網系統發生故障時，#1發電機將通過出口608開關經6kV 0段進線600開關、#1主變向110kV電網故障點提供故障電流，然而#1發電機組容量較小，所提供的短路電流無法達到系統故障時距離故障點最近的線路開關保護動作電流值，從而造成系統開關無法及時切除故障點，進而可能造成事故擴大。因此系統保護配置采取提高保護靈敏度，并通過重合閘切除瞬時故障的方式實現系統供電的可靠性。然而#1發電機組的存在，快速重合閘可能造成系統非同期，不利于系統的穩定，因此要求#1發電機組加裝解列保護，當系統故障時，在重合閘前解列發電機組，確保重合閘的可靠性。按正常繼電保護配置方案，#1發電機電流解列保護的電流采集點應在#1發電機出口608開關處，可以真實反映發電機的機端電流變化，由于直配母線的存在，導致#1發電機電流解列保護會在6kV 0段設備起動過程中發生誤動，從而影響廠用電系統的正常運行。

可以將6kV 0段看作是一個雙側電源供電的節點，當6kV 0段設備起動時，起動電流可以從#1發電機組和#1主變兩個方向供給，其電流分配由二者阻抗大小決定。然而從電機學可知［2］，容量相近的變壓器和發電機相比，發電機的負載阻抗遠小于變壓器。因此，設備起動過程中，起動電流將主要由發電機供給。

1.3電網系統下發保護整定值

為了配合城市環境整治需要，熱電廠按要求停用燃煤，僅以煤氣作為鍋爐燃料，#2發電機因蒸汽不足停役。經上述調整后，熱電廠110kV正母系統僅有#1發電機運行，電網故障發生時，電氣系統原有保護配置無法可靠動作，影響廠用電系統的穩定性。

經與供電公司協商，只有通過在#1發電機加裝低壓解列保護和過電流解列保護，在系統故障時通過該保護將#1發電機解列，從而提高110kV正母系統的穩定、可靠供電。為此供電公司下發了一組保護整定值［2］（表1），要求熱電廠按定值單執行。

表1　保護整定值

2　解決此類問題的一般方式

針對這一問題，在目前一般可采取以下幾種方法解決。

1）發電機出口加裝電抗器

為減小大型設備起動時發電機供給的起動電流，從而防止保護誤動，加裝電抗器后，一般能夠解決設備起動的問題。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的設備維護；在電力系統中增加一臺設備，就相當于增加了一個故障點；電抗器的存在可能會降低發電機其他保護的可靠性等問題。

2）大型設備起動時，將發電機解列

該方法僅適用于發電機容量很小，且頻繁起停對相關系統無影響或影響輕微的發電機組。但頻繁起停發電機組，對機組本身的損害也是不可避免的。

3）大型設備起動時，解除解列保護

該方法避免了發電機組的頻繁起停，減少了起停對發電機組的損害，也降低了值班人員的勞動強度。但通過解除保護的方式避免保護誤動卻給生產運行系統埋下了重大隱患，一旦在該過程中發生故障，將造成保護無法動作，嚴重時可能造成重大系統事故。

3　帶直配母線的小電源機組電流解列保護的試驗研究

3.1改進思路

鑒于熱電廠#1發電機組接線方式固有的弊端，以及提高廠用電穩定性的需要。結合#1機所在電氣系統的接線特點，將#1機過電流解列保護進行適當調整，改變電流量的采集位置。電流采集點由常規的608開關處，移至6kV 0段進線600開關處。從而將#1機供給的6kV 0段設備起動電流與系統故障電流區分開。

3.2改進試驗

1）#1發電機組正常運行，起動電動給水泵時608開關處電流變化

如圖2所示，采用福祿克F199C型示波器對起動過程進行錄波。起動前#1發電機出口608開關處電流約為570A，示波器顯示起動過程中瞬間最大峰值電流為 101.6mA（示波器電流與發電機二次電流比為1：100），折算至有效值為71.8mA，折算至發電機二次電流為 7.18A，折算至發電機一次電流為2154A（TA變比為1500/5）；起動時間約1.6s。起動過程中瞬間最大電流在2100A以上，但該電流持續時間很短，小于1s；但起動電流在1900～2000A之間的持續時間超過1s；起動過程中電流遠大于過流解列保護定值1300A，且持續時間遠大于1s；因此，過流解列保護電流采集點在608開關處將無法躲過電動給泵起動電流。

圖2　發電機組正常運行，起動電動給水泵時608開關處電流

2）#1發電機組正常運行，起動電動給水泵時600開關處電流變化

圖3　發電機組正常運行，起動電動給水泵時600開關處電流

在上述起動過程中，同時使用示波器記錄了600開關處的電流變化，如圖3所示。由波形可以看出，起動初期600開關處電流有一個瞬間增大過程，但數值僅為 1000左右，且持續時間僅 0.1s左右，遠小于1s，且隨后電流下降直至反向，但整個過程電流都達到動作值，因此若將電流采集點移至600開關處，則可以實現保護電流躲過6kV 0段電氣設備的正常起動電流。

3.3試驗結論

通過上述試驗結果可以看出，當將電流采集點移至600開關處時，保護能夠躲過設備正常起動電流，且通過理論分析，當系統發生故障時，1#機出口608開關電流和600開關電流應近似相等，因此可以實現系統故障時保護的正常動作。

4　結論

熱電廠#1發電機組采納了改變采集點實現保護正確動作的改造方案，并投入使用，經過半年多的試運行，6kV 0段電氣設備起動多次，未發生保護誤動作情況，達到了改造要求，確保了廠用電系統穩定正常。

發電機接于直配母線后并入電網系統運行的機組目前仍大量存在，本技術方案簡單、可靠、無需額外投資，并有效的解決了解列保護誤動的問題，因此該方案可以應用于類似機組的保護改造中。

［1］ GB/T 14285—2006. 繼電保護和安全自動裝置技術規程［S］.

［2］ 李發海， 朱東起. 電機學［M］. 4版. 北京： 科學出版社， 2007.

［3］ 許正亞. 發電廠繼電保護整定計算及其運行技術［M］. 北京： 中國水利水電出版社， 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，主要從事模發電廠電氣設備繼電保護專業工作。