大型火電廠6kV廠用分支保護整定方案

王 旅 許雙斌

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441141）

大型火電廠6kV廠用分支保護整定方案

王 旅 許雙斌

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441141）

以某大型火電廠6kV廠用電系統(tǒng)接線為例，詳細闡述了6kV廠用分支保護整定原則，當系統(tǒng)運行方式發(fā)生變化時，應及時調(diào)整相關(guān)分支的保護定值。

6kV；廠用電系統(tǒng)；保護整定

1 廠用電系統(tǒng)一次接線

某大型火電廠裝機容量4×330MW，220kV系統(tǒng)電氣主接線為雙母雙分段帶旁母，#1、#2機組及#1起備變運行于220kVⅠ母或Ⅱ母，#3、#4機組及#2起備變運行于220kVⅢ母或Ⅳ母。廠用電系統(tǒng)一次接線如圖1所示。

上述廠用電系統(tǒng)接線具有如下特點。

1）機組負荷與公用負荷嚴格分開，機組負荷由高廠變供電，公用負荷由#1、#2起備變供電。機組負荷接于6kV工作1A、1B—4A、4B段，公用負荷接于6kV公用1A、1B和2A、2B段，圖中#2、#4機組接線未畫出。

2）公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF17、QF18斷開時，#1、#2起備變帶各自公用段運行，同時通過QF5—QF8作為本單元兩臺機組的起動/備用電源。任意一臺起備變?nèi)?1起備變停電檢修時，#2起備變通過QF17、QF18帶公用1A、1B段運行，同時作為全廠4臺機組的起動/備用電源。

3）公用系統(tǒng)中任意一臺設(shè)備檢修或保護校驗，均不會影響其他設(shè)備運行。

圖1 廠用電系統(tǒng)一次接線

2 變壓器參數(shù)及廠用分支保護配置

高廠變:40/25/25MVA，20/6.3/6.3kV，1154.7/ 2291/2291A，半穿越阻抗為0.166（40MVA，p.u.）。起備變:50/31.5/31.5MVA，230/6.3/6.3kV，125.5/ 2886.8/2886.8A，半穿越阻抗為0.213（50MVA，p.u.）。若將高廠變和起備變高壓側(cè)看成無窮大電源系統(tǒng)，則低壓側(cè)兩相金屬性短路電流計算值分別為 19.124kA和18.630kA。

各廠用分支保護配置見表 1，同一分支兩套保護電流量接入的是同一二次繞組，限時速斷和復壓過流保護分別反應6kV系統(tǒng)金屬性和經(jīng)過渡電阻相間短路故障。

表1 廠用分支保護配置表

3 最大電動機起動電流計算

鍋爐給水系統(tǒng)配置了兩臺50%容量汽泵和一臺50%容量電泵，運行中若一臺汽泵跳閘，電泵將自動聯(lián)動（邏輯在DCS中實現(xiàn)）。6kV工作段上最大電動機為電泵，接于6kV工作1B—4B段，額定電流Id=615A，電泵帶50%負荷時，實測電流為550A。電泵起動電流倍數(shù)取堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)上限（6.5倍）［2］，起動電流Istmax=6.5Id=3998A。6kV 公用段上最大電動機為濕式球磨機，接于6kV公用1B段，額定電流為77A，起動電流

4 廠用分支最大負荷電流計算

機組工作/備用分支負荷電流實測值見表 2。工況1:機組滿負荷（330MW），兩臺汽泵運行，電泵備用。工況 2:機組開機狀態(tài)，發(fā)電機已經(jīng)并網(wǎng)，廠用電即將切換（對應機組負荷100MW左右），一臺汽泵運行，電泵備用。

表2 機組工作/備用分支負荷電流實測值

機組工作分支Ifhmax:考慮滿負荷工況下，一臺汽泵退出運行，另外一臺汽泵和電泵各帶50%負荷，（B段），該工況在實際運行中很常見，且計算值與實測值相差不大。機組備用分支:工況2下，考慮兩臺汽泵退出運行，電泵帶負荷直至廠用電切換，1291A（B段），該工況在實際運行中不常見。

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公用各段計算容量和計算電流見表 3。全廠負荷最大時，公用負荷不一定最大，要準確實測最大公用負荷非常困難，也不現(xiàn)實。據(jù)統(tǒng)計，公用1A、1B段負荷電流不超過 250A，據(jù)此估算公用各段最大負荷電流為該段計算電流的35%，按此假定公用各段負荷電流裕度約為80%。

表3 公用各段計算容量和計算電流

起備變備用分支If′′hmax:以計算If′hmax工況為準，考慮#1起備變停電檢修，此時流過QF8的負荷電流最大，If′′hmax=If′hmax+448A=1739A（B段）。以下保護整定計算中，可靠系數(shù)Krel取1.2，返回系數(shù)取0.9。

5 機組工作/備用分支保護整定

限時速斷保護:電流元件Iop按以下兩種原則整定（取最大值）:①按躲過 6kV工作母線上電動機自起動電流之和整定；②按躲過機組運行中一臺汽泵跳閘，因電泵聯(lián)動而引起的分支過電流整定。原則一涉及到自起動系數(shù)的計算，對于機組工作分支，考慮外部故障切除后母線電壓恢復過程中的失壓自起動，對于機組備用分支，考慮廠用電切換過程中的帶負荷自起動。實際計算中，以原則二計算值為大。計算式Iop=Krel×（Istmax+ΣIfh），ΣIfh為除電泵外其余設(shè)備最大負荷電流之和。對于機組工作分支，取ΣIfh=1043A（工況1），Iop1=6049A。對于機組備用分支，取ΣIfh=741A（工況 2），Iop2= 5687A。復壓過流保護:電流元件Io′p按躲過分支最大負荷電流Ie整定，對于機組工作分支，取Ie=Ifhmax=1593A；對于機組備用分支，取Ie=If′hmax=1291A。負序電壓元件和低電壓元件整定原則，可參照文獻［1］。

保護時限整定:依據(jù)文獻［3］，6kV系統(tǒng)保護配合時間級差Δt一般為 0.3～0.5s，本例取Δt=0.5s。限時速斷延時按與6kV負荷（電動機、低廠變）主保護時限相配合整定，取0.5s。當6kV負荷經(jīng)過渡電阻短路，短路電流介于復壓過流整定值與6kV負荷電流速斷整定值之間時，為保證保護動作的選擇性，復壓過流延時應與6kV負荷最大后備保護時限相配合整定。電動機和低廠變配置有負序過流和過電流保護，二者時限分別整定為0.5s/0.7s（定時限），復壓過流延時整定為0.7s+Δt=1.2s。

6 起備變工作/備用分支保護整定

6.1 公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開（正常運行方式）

6kV備用分支間采用共箱式母線連接，其阻抗相對于起備變阻抗可以忽略不計，公用系統(tǒng)中任意一點發(fā)生相間短路，短路電流差別很小。因此，對于起備變工作分支與備用分支、機組備用分支，只能從保護時限上滿足選擇性要求。

限時速斷保護:對于起備變備用分支，電流元件Iop3按與機組備用分支限時速斷定值Iop2相配合整定，Iop3=Krel×Iop2=6824A。對于起備變工作分支，電流元件Iop4按與起備變備用分支限時速斷定值Iop3相配合整定，Iop4=Krel×Iop3=8189A。復壓過流保護:電流元件計算式見式（1），對于起備變備用分支，取Ie=If′′hmax=1739A；對于起備變工作分支，取Ie=2886.8A。

6.2 公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘（非正常運行方式）

任意一臺起備變停電檢修，公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘運行，以#1起備變停電檢修為例，QF17、QF18合閘，QF1、QF2斷開。QF5、QF6作為6kV公用1A、1B段進線電源，其保護定值應作相應調(diào)整。限時速斷電流元件按躲過濕式球磨機啟動工況整定，其值近似等于Krel×（448A+Is′tmax）=1.2×（448A+501A）= 1139A。復壓過流電流元件按躲過該分支最大負荷電流（451A）整定，其值等于1.2/0.9×451A=601A。限時速斷和復壓過流延時應由1.0s和1.7s分別縮短為0.5s和1.2s，以便與6kV負荷保護時限相配合。

7 公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)保護整定

仍以#1起備變停電檢修為例，QF7、QF8作為公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)的上一級開關(guān)，整定二者的限時速斷電流定值相同。該非正常運行方式下，QF5、QF6限時速斷時限縮短為 0.5s，QF7、QF8限時速斷時限維持1.0s不變，整定公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)限時速斷時限為（0.5s+1.0s）/2=0.75s，這樣可避免因運行方式變化而頻繁更改保護時限，同時又使保護滿足選擇性要求。

8 保護定值匯總

表4 保護定值匯總表

保護定值匯總表見表4，括號內(nèi)定值適用于一臺起備變停電檢修的非正常運行方式。需要說明的是，在保護靈敏度滿足要求的前提下，同一或相近設(shè)備的A、B兩段定值整定相同（取最大值），這主要是為了方便技術(shù)管理。

9 保護整定簡要分析

整定復壓過流保護時，電流元件最好按躲過該分支最大負荷電流整定，計算最大負荷電流時，應盡可能考慮各種運行方式，包括一些極限運行工況。處于基建階段的火電廠，無法實測廠用分支負荷電流，機組工作/備用分支最大負荷電流可取高廠變低壓繞組額定電流的70%和55%。

對于機組工作/備用分支，限時速斷電流元件按鍋爐給水系統(tǒng)運行方式整定，未與電泵電流速斷定值相配合整定，因二者在保護時限上已經(jīng)得到了配合，保護靈敏度分別為3.16和3.28。若電流元件按與電泵電流速斷定值（10Id）相配合整定，則起備變備用/工作分支限時速斷整定值將增大至 9922A和 11907A（計算過程略），保護靈敏度為 1.88和1.56，不滿足要求。

起備變工作分支限時速斷和復壓過流延時分別整定為1.5s和2.2s，當6kV公用母線發(fā)生短路故障時，保護需經(jīng)1.5～2.2s才能切除故障，故障切除時間明顯過長。當系統(tǒng)運行方式過于靈活時，為保證選擇性要求，必然以犧牲快速性為代價，這是不可避免的。

10 結(jié)論

對于接線復雜的6kV廠用電系統(tǒng)，應根據(jù)機組和系統(tǒng)實際運行方式，來確定廠用分支保護整定原則。

［1］能源部西北電力設(shè)計院編.電力工程電氣設(shè)計手冊（電氣二次部分）［K］.北京：中國電力出版社.

［2］GB/T 13957—2008.大型三相異步電動機基本系列技術(shù)條件［S］.

［3］DL/T 584—2007.3kV～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程［S］.

王 旅（1970-），男，湖北松滋人，本科，工程師，主要從事電氣二次專業(yè)技術(shù)管理工作。