大型火电厂6kV厂用分支保护整定方案

2016-11-17许双斌

电气技术 2016年5期

关键词：电泵厂用电过流

王旅许双斌

（湖北华电襄阳发电有限公司，湖北襄阳 441141）

大型火电厂6kV厂用分支保护整定方案

王旅许双斌

（湖北华电襄阳发电有限公司，湖北襄阳 441141）

以某大型火电厂6kV厂用电系统接线为例，详细阐述了6kV厂用分支保护整定原则，当系统运行方式发生变化时，应及时调整相关分支的保护定值。

6kV；厂用电系统；保护整定

1 厂用电系统一次接线

某大型火电厂装机容量4×330MW，220kV系统电气主接线为双母双分段带旁母，#1、#2机组及#1起备变运行于220kVⅠ母或Ⅱ母，#3、#4机组及#2起备变运行于220kVⅢ母或Ⅳ母。厂用电系统一次接线如图1所示。

上述厂用电系统接线具有如下特点。

1）机组负荷与公用负荷严格分开，机组负荷由高厂变供电，公用负荷由#1、#2起备变供电。机组负荷接于6kV工作1A、1B—4A、4B段，公用负荷接于6kV公用1A、1B和2A、2B段，图中#2、#4机组接线未画出。

2）公用联络开关QF17、QF18断开时，#1、#2起备变带各自公用段运行，同时通过QF5—QF8作为本单元两台机组的起动/备用电源。任意一台起备变如#1起备变停电检修时，#2起备变通过QF17、QF18带公用1A、1B段运行，同时作为全厂4台机组的起动/备用电源。

3）公用系统中任意一台设备检修或保护校验，均不会影响其他设备运行。

图1 厂用电系统一次接线

2 变压器参数及厂用分支保护配置

高厂变:40/25/25MVA，20/6.3/6.3kV，1154.7/ 2291/2291A，半穿越阻抗为0.166（40MVA，p.u.）。起备变:50/31.5/31.5MVA，230/6.3/6.3kV，125.5/ 2886.8/2886.8A，半穿越阻抗为0.213（50MVA，p.u.）。若将高厂变和起备变高压侧看成无穷大电源系统，则低压侧两相金属性短路电流计算值分别为 19.124kA和18.630kA。

各厂用分支保护配置见表 1，同一分支两套保护电流量接入的是同一二次绕组，限时速断和复压过流保护分别反应6kV系统金属性和经过渡电阻相间短路故障。

表1 厂用分支保护配置表

3 最大电动机起动电流计算

锅炉给水系统配置了两台50%容量汽泵和一台50%容量电泵，运行中若一台汽泵跳闸，电泵将自动联动（逻辑在DCS中实现）。6kV工作段上最大电动机为电泵，接于6kV工作1B—4B段，额定电流Id=615A，电泵带50%负荷时，实测电流为550A。电泵起动电流倍数取堵转电流倍数上限（6.5倍）［2］，起动电流Istmax=6.5Id=3998A。6kV 公用段上最大电动机为湿式球磨机，接于6kV公用1B段，额定电流为77A，起动电流

4 厂用分支最大负荷电流计算

机组工作/备用分支负荷电流实测值见表 2。工况1:机组满负荷（330MW），两台汽泵运行，电泵备用。工况 2:机组开机状态，发电机已经并网，厂用电即将切换（对应机组负荷100MW左右），一台汽泵运行，电泵备用。

表2 机组工作/备用分支负荷电流实测值

机组工作分支Ifhmax:考虑满负荷工况下，一台汽泵退出运行，另外一台汽泵和电泵各带50%负荷，（B段），该工况在实际运行中很常见，且计算值与实测值相差不大。机组备用分支:工况2下，考虑两台汽泵退出运行，电泵带负荷直至厂用电切换，1291A（B段），该工况在实际运行中不常见。

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公用各段计算容量和计算电流见表 3。全厂负荷最大时，公用负荷不一定最大，要准确实测最大公用负荷非常困难，也不现实。据统计，公用1A、1B段负荷电流不超过 250A，据此估算公用各段最大负荷电流为该段计算电流的35%，按此假定公用各段负荷电流裕度约为80%。

表3 公用各段计算容量和计算电流

起备变备用分支If′′hmax:以计算If′hmax工况为准，考虑#1起备变停电检修，此时流过QF8的负荷电流最大，If′′hmax=If′hmax+448A=1739A（B段）。以下保护整定计算中，可靠系数Krel取1.2，返回系数取0.9。

5 机组工作/备用分支保护整定

限时速断保护:电流元件Iop按以下两种原则整定（取最大值）:①按躲过 6kV工作母线上电动机自起动电流之和整定；②按躲过机组运行中一台汽泵跳闸，因电泵联动而引起的分支过电流整定。原则一涉及到自起动系数的计算，对于机组工作分支，考虑外部故障切除后母线电压恢复过程中的失压自起动，对于机组备用分支，考虑厂用电切换过程中的带负荷自起动。实际计算中，以原则二计算值为大。计算式Iop=Krel×（Istmax+ΣIfh），ΣIfh为除电泵外其余设备最大负荷电流之和。对于机组工作分支，取ΣIfh=1043A（工况1），Iop1=6049A。对于机组备用分支，取ΣIfh=741A（工况 2），Iop2= 5687A。复压过流保护:电流元件Io′p按躲过分支最大负荷电流Ie整定，对于机组工作分支，取Ie=Ifhmax=1593A；对于机组备用分支，取Ie=If′hmax=1291A。负序电压元件和低电压元件整定原则，可参照文献［1］。

保护时限整定:依据文献［3］，6kV系统保护配合时间级差Δt一般为 0.3～0.5s，本例取Δt=0.5s。限时速断延时按与6kV负荷（电动机、低厂变）主保护时限相配合整定，取0.5s。当6kV负荷经过渡电阻短路，短路电流介于复压过流整定值与6kV负荷电流速断整定值之间时，为保证保护动作的选择性，复压过流延时应与6kV负荷最大后备保护时限相配合整定。电动机和低厂变配置有负序过流和过电流保护，二者时限分别整定为0.5s/0.7s（定时限），复压过流延时整定为0.7s+Δt=1.2s。

6 起备变工作/备用分支保护整定

6.1 公用联络开关断开（正常运行方式）

6kV备用分支间采用共箱式母线连接，其阻抗相对于起备变阻抗可以忽略不计，公用系统中任意一点发生相间短路，短路电流差别很小。因此，对于起备变工作分支与备用分支、机组备用分支，只能从保护时限上满足选择性要求。

限时速断保护:对于起备变备用分支，电流元件Iop3按与机组备用分支限时速断定值Iop2相配合整定，Iop3=Krel×Iop2=6824A。对于起备变工作分支，电流元件Iop4按与起备变备用分支限时速断定值Iop3相配合整定，Iop4=Krel×Iop3=8189A。复压过流保护:电流元件计算式见式（1），对于起备变备用分支，取Ie=If′′hmax=1739A；对于起备变工作分支，取Ie=2886.8A。

6.2 公用联络开关合闸（非正常运行方式）

任意一台起备变停电检修，公用联络开关合闸运行，以#1起备变停电检修为例，QF17、QF18合闸，QF1、QF2断开。QF5、QF6作为6kV公用1A、1B段进线电源，其保护定值应作相应调整。限时速断电流元件按躲过湿式球磨机启动工况整定，其值近似等于Krel×（448A+Is′tmax）=1.2×（448A+501A）= 1139A。复压过流电流元件按躲过该分支最大负荷电流（451A）整定，其值等于1.2/0.9×451A=601A。限时速断和复压过流延时应由1.0s和1.7s分别缩短为0.5s和1.2s，以便与6kV负荷保护时限相配合。

7 公用联络开关保护整定

仍以#1起备变停电检修为例，QF7、QF8作为公用联络开关的上一级开关，整定二者的限时速断电流定值相同。该非正常运行方式下，QF5、QF6限时速断时限缩短为 0.5s，QF7、QF8限时速断时限维持1.0s不变，整定公用联络开关限时速断时限为（0.5s+1.0s）/2=0.75s，这样可避免因运行方式变化而频繁更改保护时限，同时又使保护满足选择性要求。

8 保护定值汇总

表4 保护定值汇总表

保护定值汇总表见表4，括号内定值适用于一台起备变停电检修的非正常运行方式。需要说明的是，在保护灵敏度满足要求的前提下，同一或相近设备的A、B两段定值整定相同（取最大值），这主要是为了方便技术管理。

9 保护整定简要分析

整定复压过流保护时，电流元件最好按躲过该分支最大负荷电流整定，计算最大负荷电流时，应尽可能考虑各种运行方式，包括一些极限运行工况。处于基建阶段的火电厂，无法实测厂用分支负荷电流，机组工作/备用分支最大负荷电流可取高厂变低压绕组额定电流的70%和55%。

对于机组工作/备用分支，限时速断电流元件按锅炉给水系统运行方式整定，未与电泵电流速断定值相配合整定，因二者在保护时限上已经得到了配合，保护灵敏度分别为3.16和3.28。若电流元件按与电泵电流速断定值（10Id）相配合整定，则起备变备用/工作分支限时速断整定值将增大至 9922A和 11907A（计算过程略），保护灵敏度为 1.88和1.56，不满足要求。

起备变工作分支限时速断和复压过流延时分别整定为1.5s和2.2s，当6kV公用母线发生短路故障时，保护需经1.5～2.2s才能切除故障，故障切除时间明显过长。当系统运行方式过于灵活时，为保证选择性要求，必然以牺牲快速性为代价，这是不可避免的。