热电联产用户电房过流保护整定

甄炜榆

（江门电力设计院有限公司开平分公司，广东开平 529300）

1 项目背景

诚信再生资源有限公司位于某市工业园区，占地面积约为75 087 m2。该公司主要处理含铜的污泥，经过粉碎、烘干、加入配料等步骤后，进行制砖或压球。随后对制好的砖或球进行熔炼，同时对熔炼过程中产生的废烟气体进行烟气处理。为了完成这些步骤，诚信公司需要使用大量水泵和风机，以及大功率的制氧设备来生产氧气。

此外，该公司还利用熔炼和烟气产生的余热进行发电，以达到节能的目的。为了实现这一目标，诚信公司需使用水处理设备以及大量辅助设备，因此需要消耗大量电力。该公司主要产品是铜锭。

2 配电工程及保护布局

诚信公司电源由220 kV 百花站通过专用10 kV 高兴线供电，线路未端#138塔为供电局与用户的产权分界点，该处安装了自动化138T1开关，该开关产权属供电局，定值由供电局整定，主要定值参数是：保护均不投方向，过流1段2 000 A 0.1 s，过流2段800 A 0.35 s，零序过流1段50 A 0.35 s，退出重合闸。138T1开关后的设备保护定值均需与之相匹配[1]。

产权分界点后建设有10 kV 诚信专用开关站及10 kV 中心（配变容量1600 kVA）、熔炼专用（配变容量1 000 kVA）、空压站专用（配变容量1 250 kVA）、循环水专用（配变容量2 500 kVA）、电机专用（电机总容量5 560 kW）等共5 个配电站，10 kV 余热（5 000 kW）发电站。开关站及配电站进出线均安装了继电保护。

定值整定需要大量的短路电流计算数据，为了方便和准确，文章使用某仿真软件进行计算。

具体步骤如下：①在软件上建立与现场电网完全一致的模型。该模型应包含所有线路参数、变压器容量等详细信息，以确保能够准确反映现场实际情况。②利用该模型计算出所需场景的短路电流。这些短路电流数据将用于定值整定过程，以确定继电保护的正确设定值。③通过使用仿真软件进行计算，可以极大提高整定的准确性和效率。需要注意的是，仿真软件只能模拟现场的情况，可能与实际运行结果存在一些差异。因此，在整定时仍需根据实际情况进行调整和修正。

图1 所示是百花站大运行方式，发电机带额定负载运行下，诚信专用开关站母线三相短路电流为3.953 kA，其中由系统供给2.098 kA，由发电机供给1.89 kA。由于篇幅的限制下面直接引用计算数据，不再贴出计算结果。

3 对诚信专用开关站各类型出线进行分步计算

由于诚信专用开关站涉及的设备较多，涉及电源进线、配电变压器出线、电动机出线，发电机出线等，下面每类各选一套保护进行分别说明。

3.1 配电变压器出线类，选10 kV循环水专用出线609开关保护

说明：一般来说609开关保护应与配电站的变压器高压侧801开关保护配合，由于供电局将高兴线自动化138T1开关定值已整定到相当灵敏，按摘要提到的原则，采取压缩级差来配合整定，考虑到609开关跳闸与801开关跳闸效果的影响相同，所以将这两开关整定原则相仿。

3.1.1 过流1段整定

应动作条件为保护所带的循环水专用2 500 kVA变（以下简称“保护所带配变”）发生内部故障保护必须动作。不应动作条件为百花站大运行方式及发电机正常发电下（下文简称诚信大方式），如保护所带配变发生低压母线三相短路，这种情况下低压出线开关速断跳闸，配变高压开关过流1段保护电流值不能达到。整定：1.3×1 250=1625 A，时间取0 s。

保护灵敏度校验：百花站最小运行方式及发电机组停运下（下简称：诚信小方式），保护所带配变10 kV 套管处发生两相故障短路电流最小。通过计算为1 842 A，这时灵敏系数为1 842/1625=1.13，不满足灵敏系数≥1.3 的要求，所以过流1 段要按1 842/1.3=1 417 A 整定，这时保护才能满足灵敏系数的规定[2]。

小结：过流1段电流取1417 A，时间取0 s。

3.1.2 过流2段详细整定情况

应动作条件为包括诚信小方式，保护所带配变发生内部故障，保护必须动作。不应动作条件为保护所带的配变带正常负荷运行。

整定：①计算2 500 kVA 额定电流=2 500/1.732/10=144.34 A；②过流2段=1.3×1.2×144.34/0.95=237 A，其中1.3是可靠系数[3]，1.2负荷自启动系数，0.95是继电器返回系数。

保护灵敏度校验：按诚信小方式配变低压侧母线两相短路故障来校验，通过计算得出故障电流为993 A，计算出灵敏系数为993/237=4.18，灵敏系数≥1.3满足要求。

小结：过流2段电流取237 A，时间取0.2 s。

3.2 电动机出线类，选10 kV-1 250 kW-#1电机出线613开关保护

说明：10 kV 的1 250 kW 电机属中小型电机，一般采用直接启动方式。相对负荷电流而言，电机启动电流大、持续时间长，这是过流保护时间取值较长的原因。

3.2.1 过流1段整定

应动作条件为诚信小方式电动机故障及连接613开关未端电缆两相故障，保护应可靠动作。不应动作条件为诚信大方式下电动机正常启动保护不动作。

保护按经验值整定：

式中，Krel为可靠系数，取1.4～1.6；INM为电动机的额定电流；Kss为电动机的启动倍数，异步电动机直接启动取6。

保护灵敏度校验：应动条件下的两相短路电流为1 842 A，灵敏系数为1 842/758=2.43，灵敏系数≥1.3满足要求。

小结：过流1段电流取758 A，时间取0.1 s。

3.2.2 过流2段整定

应动作条件及不应动作条件同上，保护按经验值整定：

式中，Krel为可靠系数，取1.4～1.6；INM为电动机的额定电流；Kss为电动机的启动倍数，异步电动机直接启动取2。

小结：过流2段电流取152 A 时间取1 s。

3.3 发电机出线类，选发电机总开关603开关保护

说明：发电机出线开关整定需同时考虑系统故障电流及发电机输送到故障点电流，遇到整定困难，可以考虑带上方向原件。规程规定对1 MW 以上的发电机，应装设纵联差动保护。因本例发电机为5 MW，所以应装设纵联差动保护，而两段过流为后备保护。

应动作条件为：①当发电机发生内部故障（如定子相间短路），系统故障电流就会送入发电机，这时应迅速切除发电机。②当电力系统发生故障（如高兴线线路发生故障），发电机会向故障点输送电流，当输送电流超过额定电流并持续一定时间后发电机也会损坏，所以发电机出口保护整定也应考虑到这种情况。不应动作条件为在百花站最小运行方式下，诚信专用开关站的最大配变（即循环水专用2 500 kVA 变）发生低压母线三相短路（经计算此时发电机送出的电流最大为591 A），这种情况下低压出线开关速断跳闸，而不应达到过流1或2段的电流值。

3.3.1 过流1段整定

按上述应动作条件，在百花站最小运行方式及发电机正常运行下，发生发电机定子出口处两相故障，这时系统供给的故障电流最小为1 864 A，而发电机供给故障点的电流是1 588 A，因为要保证该情况能动作。过流1段整定：1 588/1.3=1 222 A，时间取0.1 s。这个整定两个方向的电流保护都会动作。保护灵敏度校验：略，因为这也是保护整定条件。

不应动作情况：在百花站最小运行方式及发电机正常运行下，诚信专用开关站的最大配变发生低压母线三相短路，发电机送出的电流最大为591 A，这电流小于过流1段电流值，所以过流1段不会动作。

小结：过流1段电流取1 222 A 时间取0.1 s。

3.3.2 过流2段整定

应动作条件及不应动作条件同上，过流2 段整定原则是躲发电机最大负荷电流。发电机额定电流5 000/0.8/10.5/1.732=344 A，过流2段整定：发电机额定电流344×1.5=516 A，时间取0.6 s。

不应动作情况：在百花站最小运行方式及发电机正常运行下，诚信专用开关站的最大配变发生低压母线三相短路，发电机送出的电流最大为591 A，虽然该电流大于2段电流值，但配变0.4 kV 侧母线出线开关出口时间为0 s，小于过流2段时间值，所以不会误动作。

3.4 发电机出线类，诚信专用开关站发电出线611开关保护

说明：611开关或发电机出线603开关是串联供电线路，断开发电机支路611开关或发电机出线603开关后果基本一样，如果按逐级配合的原则将过分延长电源侧保护的动作时间，按相关规定可作不配合点处理，以减少配合的级数，缩短动作时间。为压缩保护级差611开关和603开关两套过流保护整定相同。

另外，在611开关处还安装了一套防孤岛保护。大部分的定值是按经验值整定，具体如下：①频率保护，低频跳闸48.5 Hz 0.2 s、过频跳闸51 Hz 0.2 s。②电压保护，低流闭锁低压跳闸89 V 0.5 s、过压跳闸111 V 0.2 s。

3.5 电源进线类，诚信专用开关站进线601开关保护

应动作条件为诚信小方式，诚信专用开关站10 kV 母线二相故障应可靠动作。不应动作条件为在诚信大方式下，每台配变低母线的故障都不能达到过流1段电流值。

过流1 段整定，按上面提到的不应动作条件整定，分别计算每台配变0.4 kV 母线的短路电流，得循环水专用2 500 kVA 变0.4 kV 侧短路电流33.48 kA 最大，折算到10 kV 侧电流为26 815×0.4/10.5=1 022 A，1 022×1.3=1 329 A。比609 开关过流1 段1 417 A 小，所以过流1段1 417 A，0.1s，且比138T1开关过流1段2 000 A 小，满足要求。

保护灵敏度校验：按上述的应动作条件计算出来自百花站的故障电流是1 908 A，灵敏系数1 908/1 417=1.34，灵敏系数≥1.3满足要求。

过流2 段整定原则：按躲本开关保护所带最大负荷电流整定。Idz2≥Kk×Igfh式中：Kk为可靠系数，要求Kk≥1.3。诚信专用开关站总荷有：中心专用变1 600 kVA+循环水专用变2 500 kVA+熔炼专用变1 000 kVA+空压站专用变1 250+电动机（1 800 kW×2+355 kW×2+1 250 kW）共约11 910 kVA，折算为Igfh=11 910/10/1.732=688 A，过流2段：1.3×688=893 A大于138T1开关过流2段800 A 0.35 s 定值，按照下级服从上级的整定原则。过流2段：800 A，0.2 s。

4 结束语

在电流保护定值的整定方面，已经存在大量专业介绍。然而，这些资料存在两极分化的现象，一些资料只是宏观地介绍了保护定值的理念和要求，而另一些资料则只关注计算过程，却未详细说明为何要这样计算。因此，网上的现有资料往往很难满足工程的实际需求。并且在实际应用中，所面临的制约因素远比书本上所提到的要多得多。尽管网上可以查找到一些相关知识点，但其通常比较分散且缺乏针对性。因此，文章整理了个人应用实例并加以分析，以供相关学者参考。