帶電抗器線路快速保護改造方案淺析

李國湘，林小磊，田壽濤

(中石化股份有限公司天津分公司 天津300271)

0 引 言

天津石化熱電部是天津石化公司自備電廠，肩負著為天津石化公司各個生產廠供電、供汽的任務。熱電部 110kV降壓站承擔著化工、聚酯、水務、公司機關等供電任務。

1 110kV降壓站6kV聚酯供電系統簡介

1.1 6kV聚酯供電系統進線電源保護配置

聚酯供電系統進線電源保護配置有主變差動保護、主變輕、(重)瓦斯保護、高壓側復合電壓閉鎖過流保護、低壓側時限速斷保護、低壓側復合電壓閉鎖過流保護、中性點零序過流、中性點間隙過壓(過流)、過負荷保護。其中低壓側時限速斷保護是聚酯6kV母差保護以外線路電抗器以上短路故障的主要保護(圖 1)，該保護是解決出線開關開斷容量不足而采取的補充措施[1]。

圖1 6kV聚酯供電系統進線電源保護配置示意圖Fig.1 The indication drawing of power protection configuration in 6 kV polyester power supply system

1.2 6kV聚酯母線保護配置

6kV聚酯母線配置了完全差動母線保護(見圖2)，作為母差CT范圍內多相短路的主保護。此外還配置了母聯開關死區保護、過流保護(帶復壓閉鎖)、母聯開關充電保護(帶復壓閉鎖的過流加速段)。其中過流保護為6kV母線至出線電抗器以上設備多相短路故障的后備保護，動作后跳開母聯634開關。

圖2 6kV聚酯母線保護配置Fig.2 The indication drawing of protection configuration in 6 kV polyester power bus

若母聯634開關和母聯CT之間發生故障，斷路器側母線跳開后故障仍然存在，正好處于CT側母線小差的死區，為此設置了母聯死區保護。該保護在差動保護發母線跳令后，母聯開關已跳開而母聯CT仍有電流，且大差比率差動元件及斷路器側小差比率差動元件不返回的情況下，將經死區動作延時(定值為0.2s)跳開另一條母線。為防止母聯在跳位時發生死區故障將母線全切除，當兩母線都有電壓且母聯在跳位時(即正常運行方式)，母聯電流不計入小差。

2 6 kV聚酯饋線保護及存在問題

配置了限時過流保護，作為線路電抗器以下多相短路的主要保護，限時跳開出線開關(圖 3)。加裝電抗器的原因：母線短路電流較高，出線短路電流隨之升高(線路出口不帶電抗器達 34kA)，故障時母線殘壓較低。鑒于此采取了線路加裝限流電抗的措施，限制短路電流(15kA以下)[2]，維持母線殘壓(60%～80%以上)，根據 DL/T 5222—2005《導體和電器選擇設計技術規定》5.0.6條的規定[3]，出線斷路器開斷電流按切除電抗器后故障選擇(31.5kA)。

圖3 6kV聚酯饋線保護配置圖Fig.3 The indication drawing of protection configuration in 6 kV polyester power feeder lines

聚酯出線保護存在的問題：出線帶電抗器，且不能切除電抗器前的短路時，按 GB/T 50062—2008《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》5.0.3條的規定，不應配置速斷保護[4]。由于目前采用過流保護，其保護動作時間較長(1.3～1.5s)，無法快速切除故障，線路短路時容易造成系統晃電，不滿足電力系統“三道防線”中快速保護的要求。對于電抗器與開關之間的電纜保護，可能由變壓器低壓側的時限速斷動作切除故障而擴大停電范圍。

根據《煉化企業繼電保護及安全自動裝置管理規定(試行)》(下文稱“2017年管理規定”)、《煉化企業電力系統主網結構管理指導意見(試行)》(下文稱“2018年指導意見”)等要求，聚酯出線保護應配置光纖縱差保護，聚酯裝置變電站宜裝設電源快速切換裝置，因目前保護和自動裝置不能滿足上述要求，威脅生產裝置安全運行。

3 6 kV聚酯饋線保護問題的解決方案

據《天津石化電氣設備管理規定》(2015)3.3.1.5之規定，“35kV及以上和重要裝置變電所的6(10)kV電源聯絡線宜裝設光纖縱差保護”。“2017年管理規定”3.2.1.2規定“6(10)kV電源聯絡線宜裝設光纖縱差保護，當線路短路故障使重要負荷的母線電壓低于額定電壓的 70%時，應裝設光纖縱差保護”；“2018年指導意見”3.11.6.1規定“線路變壓器組、35kV和6(10)kV變電站的電源線路應選用光纖縱差保護”。“2017年管理規定”3.2.7規定“自備熱電站應裝設廠用電電源快速切換裝置，分列運行的總變電站、區域變電站，應裝設快速保護和電源快速切換裝置”；“2018年指導意見”3.11.6.5規定“為提高抗擾動能力，變電站電源進線和母聯宜裝設電源快速切換裝置，同時應配置線路縱差保護和高性能開關設備。系統電源快速切換配置方案應按負荷性質、反電勢、設備性能、同步機接入等因素綜合考慮”。根據以上行業文件的要求，聚酯出線配置光纖縱差保護(圖4)，為聚酯等生產裝置變電站配置電源快切裝置創造條件。若線路終端負荷站配置快切裝置，可與線路光差保護配合，線路故障時由光差保護跳閘的同時，啟動終端負荷站快切裝置，實現故障狀態的快速切換，將短路對系統引起的晃電影響降到最低。

圖4 6kV聚酯饋線保護解決方案Fig.4 The solution of protection configuration in 6 kV polyester power feeder lines

6kV線路保護按主保護(光差保護)＋后備保護(過流保護)合一的原則配置，保護 CT取自開關下口，這樣可將開關至電抗器之間電纜納入線路保護范圍，使線路保護與母差保護無縫銜接，有效避免出線故障越級跳閘、擴大停電范圍問題。但在極端情況下需予以特殊考慮：根據現有參數，出線斷路器額定開斷電流為 31.5kA，則開斷 34kA短路電流存在安全隱患。為了保證一定的安全裕度，線路光差保護應設置高值閉鎖，按 10%的裕度(主要考慮 CT誤差、直流分量等)即取30kA。當線路差動保護CT測量電流大于 30kA時，閉鎖線路光差(出線生產裝置側光纖縱差保護不閉鎖，瞬時動作跳閘并啟動快切裝置)，出線斷路器出口短路由主變壓器低壓側開關切除故障；當線路差動保護CT測量電流由大于30kA降低為 30kA以下時，線路光差閉鎖解除，線路光差保護動作切除故障。

4 后續完善措施

根據《煉化企業電力系統主網結構管理指導意見(試行)》1.3.3.2(4)中規定“10(6)kV 母線短路電流不超過 31.5kA”以及《煉化企業電力系統主網結構管理指導意見(試行)》3.11.4.3(4)中“110/6kV變壓器容量不大于 31.5MVA”的規定，后期將對 4臺主變逐步進行改造，采用容量 31.5MVA高阻抗變壓器，可將 6kV母線短路電流降至 31.5kA以內[5]；或將聚酯段改造為開斷電流40kA開關柜。具備上述任一條件時線路光差可取消高值閉鎖。

5 結 語

通過給聚酯段出線配置光纖縱差保護，解決了聚酯段出線快速保護問題，解決了聚酯段出線故障越級跳閘、擴大停電范圍的問題，為聚酯供電系統變電站配置電源快切裝置創造了條件，從而提高了安全供電水平。