熱電聯產用戶電房過流保護整定

甄煒榆

（江門電力設計院有限公司開平分公司，廣東開平 529300）

1 項目背景

誠信再生資源有限公司位于某市工業(yè)園區(qū)，占地面積約為75 087 m2。該公司主要處理含銅的污泥，經過粉碎、烘干、加入配料等步驟后，進行制磚或壓球。隨后對制好的磚或球進行熔煉，同時對熔煉過程中產生的廢煙氣體進行煙氣處理。為了完成這些步驟，誠信公司需要使用大量水泵和風機，以及大功率的制氧設備來生產氧氣。

此外，該公司還利用熔煉和煙氣產生的余熱進行發(fā)電，以達到節(jié)能的目的。為了實現這一目標，誠信公司需使用水處理設備以及大量輔助設備，因此需要消耗大量電力。該公司主要產品是銅錠。

2 配電工程及保護布局

誠信公司電源由220 kV 百花站通過專用10 kV 高興線供電，線路未端#138塔為供電局與用戶的產權分界點，該處安裝了自動化138T1開關，該開關產權屬供電局，定值由供電局整定，主要定值參數是：保護均不投方向，過流1段2 000 A 0.1 s，過流2段800 A 0.35 s，零序過流1段50 A 0.35 s，退出重合閘。138T1開關后的設備保護定值均需與之相匹配[1]。

產權分界點后建設有10 kV 誠信專用開關站及10 kV 中心（配變容量1600 kVA）、熔煉專用（配變容量1 000 kVA）、空壓站專用（配變容量1 250 kVA）、循環(huán)水專用（配變容量2 500 kVA）、電機專用（電機總容量5 560 kW）等共5 個配電站，10 kV 余熱（5 000 kW）發(fā)電站。開關站及配電站進出線均安裝了繼電保護。

定值整定需要大量的短路電流計算數據，為了方便和準確，文章使用某仿真軟件進行計算。

具體步驟如下：①在軟件上建立與現場電網完全一致的模型。該模型應包含所有線路參數、變壓器容量等詳細信息，以確保能夠準確反映現場實際情況。②利用該模型計算出所需場景的短路電流。這些短路電流數據將用于定值整定過程，以確定繼電保護的正確設定值。③通過使用仿真軟件進行計算，可以極大提高整定的準確性和效率。需要注意的是，仿真軟件只能模擬現場的情況，可能與實際運行結果存在一些差異。因此，在整定時仍需根據實際情況進行調整和修正。

圖1 所示是百花站大運行方式，發(fā)電機帶額定負載運行下，誠信專用開關站母線三相短路電流為3.953 kA，其中由系統(tǒng)供給2.098 kA，由發(fā)電機供給1.89 kA。由于篇幅的限制下面直接引用計算數據，不再貼出計算結果。

3 對誠信專用開關站各類型出線進行分步計算

由于誠信專用開關站涉及的設備較多，涉及電源進線、配電變壓器出線、電動機出線，發(fā)電機出線等，下面每類各選一套保護進行分別說明。

3.1 配電變壓器出線類，選10 kV循環(huán)水專用出線609開關保護

說明：一般來說609開關保護應與配電站的變壓器高壓側801開關保護配合，由于供電局將高興線自動化138T1開關定值已整定到相當靈敏，按摘要提到的原則，采取壓縮級差來配合整定，考慮到609開關跳閘與801開關跳閘效果的影響相同，所以將這兩開關整定原則相仿。

3.1.1 過流1段整定

應動作條件為保護所帶的循環(huán)水專用2 500 kVA變（以下簡稱“保護所帶配變”）發(fā)生內部故障保護必須動作。不應動作條件為百花站大運行方式及發(fā)電機正常發(fā)電下（下文簡稱誠信大方式），如保護所帶配變發(fā)生低壓母線三相短路，這種情況下低壓出線開關速斷跳閘，配變高壓開關過流1段保護電流值不能達到。整定：1.3×1 250=1625 A，時間取0 s。

保護靈敏度校驗：百花站最小運行方式及發(fā)電機組停運下（下簡稱：誠信小方式），保護所帶配變10 kV 套管處發(fā)生兩相故障短路電流最小。通過計算為1 842 A，這時靈敏系數為1 842/1625=1.13，不滿足靈敏系數≥1.3 的要求，所以過流1 段要按1 842/1.3=1 417 A 整定，這時保護才能滿足靈敏系數的規(guī)定[2]。

小結：過流1段電流取1417 A，時間取0 s。

3.1.2 過流2段詳細整定情況

應動作條件為包括誠信小方式，保護所帶配變發(fā)生內部故障，保護必須動作。不應動作條件為保護所帶的配變帶正常負荷運行。

整定：①計算2 500 kVA 額定電流=2 500/1.732/10=144.34 A；②過流2段=1.3×1.2×144.34/0.95=237 A，其中1.3是可靠系數[3]，1.2負荷自啟動系數，0.95是繼電器返回系數。

保護靈敏度校驗：按誠信小方式配變低壓側母線兩相短路故障來校驗，通過計算得出故障電流為993 A，計算出靈敏系數為993/237=4.18，靈敏系數≥1.3滿足要求。

小結：過流2段電流取237 A，時間取0.2 s。

3.2 電動機出線類，選10 kV-1 250 kW-#1電機出線613開關保護

說明：10 kV 的1 250 kW 電機屬中小型電機，一般采用直接啟動方式。相對負荷電流而言，電機啟動電流大、持續(xù)時間長，這是過流保護時間取值較長的原因。

3.2.1 過流1段整定

應動作條件為誠信小方式電動機故障及連接613開關未端電纜兩相故障，保護應可靠動作。不應動作條件為誠信大方式下電動機正常啟動保護不動作。

保護按經驗值整定：

式中，Krel為可靠系數，取1.4～1.6；INM為電動機的額定電流；Kss為電動機的啟動倍數，異步電動機直接啟動取6。

保護靈敏度校驗：應動條件下的兩相短路電流為1 842 A，靈敏系數為1 842/758=2.43，靈敏系數≥1.3滿足要求。

小結：過流1段電流取758 A，時間取0.1 s。

3.2.2 過流2段整定

應動作條件及不應動作條件同上，保護按經驗值整定：

式中，Krel為可靠系數，取1.4～1.6；INM為電動機的額定電流；Kss為電動機的啟動倍數，異步電動機直接啟動取2。

小結：過流2段電流取152 A 時間取1 s。

3.3 發(fā)電機出線類，選發(fā)電機總開關603開關保護

說明：發(fā)電機出線開關整定需同時考慮系統(tǒng)故障電流及發(fā)電機輸送到故障點電流，遇到整定困難，可以考慮帶上方向原件。規(guī)程規(guī)定對1 MW 以上的發(fā)電機，應裝設縱聯差動保護。因本例發(fā)電機為5 MW，所以應裝設縱聯差動保護，而兩段過流為后備保護。

應動作條件為：①當發(fā)電機發(fā)生內部故障（如定子相間短路），系統(tǒng)故障電流就會送入發(fā)電機，這時應迅速切除發(fā)電機。②當電力系統(tǒng)發(fā)生故障（如高興線線路發(fā)生故障），發(fā)電機會向故障點輸送電流，當輸送電流超過額定電流并持續(xù)一定時間后發(fā)電機也會損壞，所以發(fā)電機出口保護整定也應考慮到這種情況。不應動作條件為在百花站最小運行方式下，誠信專用開關站的最大配變（即循環(huán)水專用2 500 kVA 變）發(fā)生低壓母線三相短路（經計算此時發(fā)電機送出的電流最大為591 A），這種情況下低壓出線開關速斷跳閘，而不應達到過流1或2段的電流值。

3.3.1 過流1段整定

按上述應動作條件，在百花站最小運行方式及發(fā)電機正常運行下，發(fā)生發(fā)電機定子出口處兩相故障，這時系統(tǒng)供給的故障電流最小為1 864 A，而發(fā)電機供給故障點的電流是1 588 A，因為要保證該情況能動作。過流1段整定：1 588/1.3=1 222 A，時間取0.1 s。這個整定兩個方向的電流保護都會動作。保護靈敏度校驗：略，因為這也是保護整定條件。

不應動作情況：在百花站最小運行方式及發(fā)電機正常運行下，誠信專用開關站的最大配變發(fā)生低壓母線三相短路，發(fā)電機送出的電流最大為591 A，這電流小于過流1段電流值，所以過流1段不會動作。

小結：過流1段電流取1 222 A 時間取0.1 s。

3.3.2 過流2段整定

應動作條件及不應動作條件同上，過流2 段整定原則是躲發(fā)電機最大負荷電流。發(fā)電機額定電流5 000/0.8/10.5/1.732=344 A，過流2段整定：發(fā)電機額定電流344×1.5=516 A，時間取0.6 s。

不應動作情況：在百花站最小運行方式及發(fā)電機正常運行下，誠信專用開關站的最大配變發(fā)生低壓母線三相短路，發(fā)電機送出的電流最大為591 A，雖然該電流大于2段電流值，但配變0.4 kV 側母線出線開關出口時間為0 s，小于過流2段時間值，所以不會誤動作。

3.4 發(fā)電機出線類，誠信專用開關站發(fā)電出線611開關保護

說明：611開關或發(fā)電機出線603開關是串聯供電線路，斷開發(fā)電機支路611開關或發(fā)電機出線603開關后果基本一樣，如果按逐級配合的原則將過分延長電源側保護的動作時間，按相關規(guī)定可作不配合點處理，以減少配合的級數，縮短動作時間。為壓縮保護級差611開關和603開關兩套過流保護整定相同。

另外，在611開關處還安裝了一套防孤島保護。大部分的定值是按經驗值整定，具體如下：①頻率保護，低頻跳閘48.5 Hz 0.2 s、過頻跳閘51 Hz 0.2 s。②電壓保護，低流閉鎖低壓跳閘89 V 0.5 s、過壓跳閘111 V 0.2 s。

3.5 電源進線類，誠信專用開關站進線601開關保護

應動作條件為誠信小方式，誠信專用開關站10 kV 母線二相故障應可靠動作。不應動作條件為在誠信大方式下，每臺配變低母線的故障都不能達到過流1段電流值。

過流1 段整定，按上面提到的不應動作條件整定，分別計算每臺配變0.4 kV 母線的短路電流，得循環(huán)水專用2 500 kVA 變0.4 kV 側短路電流33.48 kA 最大，折算到10 kV 側電流為26 815×0.4/10.5=1 022 A，1 022×1.3=1 329 A。比609 開關過流1 段1 417 A 小，所以過流1段1 417 A，0.1s，且比138T1開關過流1段2 000 A 小，滿足要求。

保護靈敏度校驗：按上述的應動作條件計算出來自百花站的故障電流是1 908 A，靈敏系數1 908/1 417=1.34，靈敏系數≥1.3滿足要求。

過流2 段整定原則：按躲本開關保護所帶最大負荷電流整定。Idz2≥Kk×Igfh式中：Kk為可靠系數，要求Kk≥1.3。誠信專用開關站總荷有：中心專用變1 600 kVA+循環(huán)水專用變2 500 kVA+熔煉專用變1 000 kVA+空壓站專用變1 250+電動機（1 800 kW×2+355 kW×2+1 250 kW）共約11 910 kVA，折算為Igfh=11 910/10/1.732=688 A，過流2段：1.3×688=893 A大于138T1開關過流2段800 A 0.35 s 定值，按照下級服從上級的整定原則。過流2段：800 A，0.2 s。

4 結束語

在電流保護定值的整定方面，已經存在大量專業(yè)介紹。然而，這些資料存在兩極分化的現象，一些資料只是宏觀地介紹了保護定值的理念和要求，而另一些資料則只關注計算過程，卻未詳細說明為何要這樣計算。因此，網上的現有資料往往很難滿足工程的實際需求。并且在實際應用中，所面臨的制約因素遠比書本上所提到的要多得多。盡管網上可以查找到一些相關知識點，但其通常比較分散且缺乏針對性。因此，文章整理了個人應用實例并加以分析，以供相關學者參考。