厂用电保护配置和定值整定原则适应性探讨

陈朝晖

（浙江浙能台州第二发电有限责任公司，浙江 台州 317109）

0 引言

随着电力技术的发展和火力发电机组单机容量的不断增大，火力发电厂厂用电系统与原来小机组厂用电系统相比发生较大的变化，即：厂用电中压系统除了采用真空断路器外，还广泛采用F-C（熔断器-接触器）断路器；厂用电低压系统广泛采用带有电子脱扣器的框架断路器和塑壳开关；另外，在高压电动机电源回路中，变频器和软启动装置的应用也日趋普遍。而目前广泛应用的微机保护装置在逻辑组态和保护类型选择（如定时限保护、反时限保护、经闭锁的电流保护等）上具有强大的逻辑功能和灵活性。面对一次系统组成的多样性和复杂性以及保护装置功能灵活强大的新常态，在保护类型配置原则和定值整定原则方面出现了多种选择，因此，容易出现误配置、误整定。据了解，保护类型配置不当，定值整定失配的情况时有发生。

以下结合近几年各发电厂发生的厂用电保护定值整定误区和难点问题，针对各种电气一次系统运行方式及设备型式和保护装置具体功能，进行综合梳理并提出相应的保护类型的配置原则和保护定值的整定原则具有现实意义。

1 6 kV/10 kV F-C断路器速断保护的解决方案

F-C断路器是具有限流熔断器和高压接触器组合而成的厂用电断路器，因其价格便宜、占用空间小，结构简单、使用方便等优点越来越多被应用在厂用电系统上，而早期的厂用电微机综合保护系统，原理简单，功能单一，为了避免综合保护在故障电流大于真空接触器开断电流的情况下抢先出口，有些发电厂选择退出变压器和电动机的速断保护，或选择将速断保护带一定时限的定时限延时出口，这样既牺牲保护的快速性又增加保护整定的复杂性，同时也很难正确校核与高压熔丝配合的合理性。

目前的微机型综合保护，具备强大、灵活的逻辑功能，可经过合理的组态选择，使综合保护实现大电流闭锁速断保护出口的功能，即当故障电流超过其整定值，自动将综合保护跳闸出口回路闭锁，防止真空接触器切断超过其允许开断的电流。这样，速断保护就可以按常规投入，动作出口采用保护装置固有动作时间或延时0.05～0.1 s，这样既简化保护的整定计算，同时又实现了无延时切除故障的目的。目前国产主流的厂用电综合保护系统，如南瑞PCS/RCS-9000系统、南自PS-690U系列、四方CSC-200系列、金智科技WDZ-5200系列等保护装置通过控制字和过流闭锁定值的合理整定均可实现。

根据设计导则，TA（电流互感器）的一次额定电流按负荷电流选择，F-C断路器配置的保护TA一次额定电流都较小，故障情况下容易饱和，而真空接触器的额定开断电流远大于TA饱和电流，因此过流闭锁保护的定值可按不大于TA饱和电流整定。

2 厂用变压器负序保护合理整定方案

早期投运的微机型综合保护（比如爱光MMP-5000，南自的WCB-3）中的负序保护，为一段式反时限负序保护，反时限负序保护既作为变压器的不对称保护也作为变压器不平衡保护，负序电流启动值按躲开最大不平衡电流整定，一般整定（0.6～0.8）In（额定电流），反时限出口时间与380 V最大负荷过载保护反时限配合。

目前的主流微机型综合保护，如南瑞PCS/RCS-9000，南自PS 690U、金智科技WDZ-5200系列，都为定时限负序保护。如果负序保护仍按一段式配置，则负序电流启动值和延时的整定在选择性、快速性、灵敏性上存在配合的困难。如电流按躲开最大不平衡电流整定（0.6～0.8）In整定，出口时间按与低压侧速断保护配合，整定0.5～0.7 s，快速性和灵敏性得到保证，但存在低压侧相间故障误动作的风险；如果电流与低压侧最大负荷最大动作电流配合整定，或变压器低压侧出口两相短路有1.5倍灵敏度整定，其整定值较大，失去负序保护有较高灵敏度的优势；如出口时间按高压系统非全相运行及高压母线相邻设备非对称故障切除最长时间配合，则影响保护的快速性。

因此合理的配置方式是配置二段式负序过流保护。负序过流Ⅰ段整定原则应以“变压器低压侧出口两相短路有1.5倍灵敏度整定”为主。与“低压侧最大负荷动作电流配合整定”属于不同原理保护间的配合（负序过流与过电流），主要靠时间配合，定值配合较难，可作为辅助原则进行校核。出口时间按与低压侧速断保护配合，整定0.5～0.7 s。负序过流Ⅱ段，作为变压器不平衡保护，电流值整定（0.35～0.4）In，出口时间应与高压系统非全相运行及高压母线相邻设备非对称故障切除最长时间配合，同时校核与低压侧负荷过载保护不失配。

3 变压器中性点接地保护存在问题及合理的解决方案

早期投运的380 V电源开关柜配有熔断器保护，变压器中性点接地保护采用GL-21/5电磁型反时限出口继电器，反时限出口时间与熔断器保护配合。

目前380 V断路器基本上都配置带有电子脱扣器保护功能的框架断路器，具有短延时速断保护功能，那么厂用变压器中性点接地保护出口延时再选择反时限延时出口，这不仅增加保护整定的复杂性，而且也毫无意义。

另外，根据导则变压器中性线接地保护的电流整定值应与下一级零序过电流保护配合，下一级无零序电流时，与下一级相间保护的最大动作电流配合。目前较多发电厂的厂用变压器低压侧380 V母线联络开关和下接最大负荷MCC馈线电源开关未配置接地保护，变压器中性点接地保护的零序电流定值与380 V母线联络开关短延时速断保护电流值配合，电流定值明显偏大，导致保护灵敏度降低和保护范围缩小。有些发电厂的变压器中性点接地保护零序电流定值则按与下级的最大负荷MCC（电动机控制中心）馈线电源开关短延时速断保护配合，当380 V母线联络开关投入运行带一段母线特殊运行方式时，存在越级跳闸，扩大停电范围的风险。

因此合理的方案是380 V母线联络断路器和低压侧最大负荷MCC馈线电源开关均配置零序接地保护，并采用定时限出口，则变压器中性点接地保护与下一级的最大零序保护动作电流配合，也选择定时限出口，这样厂用变压器中性点接地保护即能保持其较高灵敏度，同时定时限时间整定也较为简单，并且上下级容易配合，不会造成失配。

4 带变频器的高压电动机保护整定原则

为了节能降耗，目前发电厂广泛采用电动机变频调速技术，高压电动机变频系统由移相变压器、变频器、电动机3个部分设备组成。为确保变频器元件故障不影响机组发电，大多设置旁路运行模式，接线如图1所示。因此配置在6 kV/10 kV开关柜上的综合保护要满足工频和变频2种运行工况下的功能需求。

图1 带变频器的高压电动机一次接线

电流取自6 kV/10 kV侧的综合保护装置应设定两套定值。一套适用工频运行，作为电动机保护，按常规的电动机保护整定原则整定。另一套适用变频运行，根据变频系统设备组成及运行特点，配置相应保护和合理的定值整定。

在变频运行工况下，三相电压通过移相变压器、变频器送到电动机，其等效阻抗已发生较大的变化，而且变频器的交-直-交环节中直流隔离作用，综合保护无法再对电动机起到保护作用，因此保护对象为移相变压器。对于移相变压器，由于其结构较为特殊，二次侧绕组、抽头较多，难以配置差动保护，因此由电流速断保护、过流保护、负序保护构成其主、后备保护，其整定原则也与普通变压器保护整定原则稍有不同。

电流速断保护电流定值按躲过变频器高压输入电源开关合闸时的冲击电流计算。合闸冲击电流取决于移相变压器投入时的励磁涌流以及变频器内部电容器充电电流，对于带预充电回路的变压器，可按4倍变压器额定电流整定，对于不带预充电回路变压器按8倍变压器额定电流整定。

由于移相隔离变压器的低压侧单个绕组短路归算到高压侧呈现出很大的短路阻抗，此时，流过高压侧的短路电流不太可能达到电流速断保护的定值，因此，电流速断保护对于移相隔离变压器低压侧单绕组短路基本没有灵敏度，只能保护高压侧电缆及移相隔离变压器高压绕组，则还需要配置灵敏度较高的过流保护，电流定值按躲开10 kV母线电压突然降低变频器瞬时停运后自恢复过程中变压器的最大电流计算，一般不超过1.5倍变压器额定电流，同时校验变压器低压侧故障有灵敏度，出口延时按移相隔离变压器合闸冲击电流的持续时间整定，一般不超过0.5 s。

5 带软启动装置的高压电动机保护整定原则

发电厂中对于启动频繁的输煤皮带机一般配有软启动装置，而软启动装置内部具有电动机保护功能，因此在保护整定计算中须考虑与软启动保护功能配合。结合某发电厂1台10 kV电压等级带软启动装置的输煤皮带电动机的整定实例，介绍其整定经验。

输煤皮带机电源回路配带摩托托尼的MVC Plus电气软启动装置，在启动时过流Ⅱ段保护和过负荷保护均动作出口。保护定值整定情况为速断保护整定为8.4In，0 s出口，过流Ⅱ段保护电流整定值1.8In，过负荷保护电流整定值1.16In，根据电动机厂提供电动机直起时最大启动时间5 s，过流Ⅱ段和过负荷保护出口时间按躲开电动机最长启动时间整定，整定为7 s。

MVC Plus软启动装置是通过改变电动机上的交流正弦波电压来工作的，同时通过改变SCR（可控硅）的导通角来限制流过电动机的电流，从而使电动机加速或者减速的，一旦电动机达到全速，软起动部分就被接触器旁路掉，接线如图2所示。

软启动装置的工作模式是具有限流功能的电压斜坡模式，也就是设定“初始电压”定值，确保电动机转子从静止到转动，然后电压逐渐地平滑上升，再是设定的“斜坡时间”和“限流值”定值，决定了从初始电压到限流值之间的曲线斜率，设置较长的“斜坡时间”将延长MVC Plus达到“限流值”的时间，如果电动机在软启斜坡结束前达到全速运行，软启动将自动结束斜坡，把全压加到电动机上。如果电动机在斜坡时间结束前没有达到全速运行，电流限流设定将会按照限流值调节输出转矩，如图3所示。

图2 带软启动装置的高压电动机一次接线

图3 软启过程

查输煤皮带机软启动装置的设置值：“斜坡时间”为8 s，“限流值”为4In，那么可以看出电动机在启动7 s后，此时电动机电流还维持在4In，大于过流Ⅱ段和过负荷保护动作值。后通过多次带载启动测试，发现启动过程中电流处在限流值4In的持续时间取决于带载负荷的轻重，重负荷下持续时间长，轻负荷下持续时间短。由此可见，装有软启动装置的电动机，电动机启动时间不能按厂家提供的全电压直启的最大启动时间取值，应躲开软启动装置中的“斜坡电压”时间+“限流值”持续时间。

另外，速断保护电流值也应根据软启动设定的“限流值”适当降低，躲开电动机及外部故障时电动机的最大反馈电流。

6 结语

一个合理正确的保护定值整定，需要合理的保护配置及依据《厂用电继电保护整定计算导则》，综合考虑一次系统接线、开关型式、负荷性质、系统可能的运行方式变化及其系统中各保护承担的保护范围，根据理论和经验数据合理取舍，方能完成。以上梳理近几年困扰厂用电保护定值整定的难点问题，并提出与之相适应的保护模型配置和保护定值整定原则，以避免定值鉴定失效。

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