江埡水電站廠用電系統(tǒng)保護(hù)定值配合分析與計(jì)算

方軍旗 向敏鑫 屈明志

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司 長(zhǎng)沙市 410014）

江埡水電站地處澧水一級(jí)支流溇水中游，距湖南省慈利縣城57 km。樞紐工程于1993年開工建設(shè)，1998年下閘蓄水發(fā)電，2001年通過竣工驗(yàn)收，總投資約34億元。該工程由攔河大壩、泄洪建筑物、右岸電站地下主廠房、左岸通航建筑等組成，以防洪為主，兼有發(fā)電、航運(yùn)、灌溉、旅游等功能。壩址以上庫(kù)區(qū)流域集雨面積為3 711 km2，占溇水流域面積的73.5%。水庫(kù)正常蓄水位236.0 m，總庫(kù)容18.34億m3，預(yù)留防洪庫(kù)容7.4億m3；水電站總裝機(jī)容量100 MW×3，設(shè)計(jì)年發(fā)電量為7.56億kW·h。

1 事故前廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式

10.5 kV三段母線分段運(yùn)行，1#高廠變TM11帶10.5 kVI段母線運(yùn)行；2#高廠變TM12 A、TM12 B帶10.5 kVII段母線運(yùn)行；3#高廠變TM13帶10.5 kVIII段母線運(yùn)行，3臺(tái)高廠變高壓側(cè)分別連接至1#、2#、3#機(jī)組機(jī)端13.8 kV封閉母線。3臺(tái)機(jī)組自用電分別由各自的機(jī)組自用變供電，1#自用變通過斷路器344由10.5 kVI段母線供電；2#自用變通過斷路器354由10.5 kVII段母線供電；3#自用變通過斷路器364由10.5 kVIII段母線供電（見圖1，該圖僅畫出與計(jì)算分析相關(guān)的設(shè)備）。事故發(fā)生時(shí)，斷裂的避雷線一端連接至生活區(qū)第二回供電線路 （其控制斷路器編號(hào)為300）14#桿，另一端跨越溇水河、生活區(qū)第一回供電線路 （其控制斷路器編號(hào)為342）上方連接至35 kV變電站電桿。

圖1 江埡水電站廠用電系統(tǒng)接線圖

2 事故情況

2010年11月23日06時(shí)53分，江埡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)：10.5 kV母線I段單相接地，10.5 kV母線II段單相接地，1#高廠變TM11高壓側(cè)斷路器314分閘，1#高廠變TM11低壓側(cè)斷路器340分閘，2#高廠變TM12高壓側(cè)斷路器324分閘，2#高廠變TM12低壓側(cè)斷路器350分閘，斷路器300限時(shí)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，2#高廠變電流速斷保護(hù)動(dòng)作，1#高廠變過電流保護(hù)動(dòng)作，造成1#高廠變TM11、2#高廠變TM12、生活區(qū)第一回供電線路、生活區(qū)第二回供電線路的斷路器相繼跳閘，10.5 kV母線I段、10.5 kV母線II段、壩頂10.5 kV母線和生活區(qū)同時(shí)停電。

事故后現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，造成事故直連接原因?yàn)樵?5 kV施工用電線路的避雷線跨溇水河段因腐蝕斷裂脫落，其中一段跌落在帶電運(yùn)行的生活區(qū)第一回供電線路上，造成三相金屬短路，引起電弧燒斷架空鋼芯鋁絞線；另一段彈回到生活區(qū)第二回供電線路A、B兩相，造成線路兩相短路。

3 事故分析

生活區(qū)第一回供電線路控制斷路器342沒有跳閘，是因?yàn)楸Ｗo(hù)出口回路的時(shí)間繼電器故障，造成斷路器342拒動(dòng)，短路故障由上一級(jí)斷路器314切除。斷路器300電流速斷保護(hù)動(dòng)作出口 （動(dòng)作時(shí)間06∶53∶32∶990），引起斷路器 300 跳閘；斷路器 324 電流速斷保護(hù)動(dòng)作出口（動(dòng)作時(shí)間 06∶53∶33∶100），引起斷路器324跳閘。事故分析認(rèn)為，斷路器300動(dòng)作跳閘后，斷路器324不應(yīng)該再動(dòng)作，屬于保護(hù)定值配合不當(dāng)，應(yīng)重新核算、整定，確保在今后的運(yùn)行中不再發(fā)生越級(jí)跳閘事件，進(jìn)一步避免擴(kuò)大事故停電范圍。

4 保護(hù)定值分析與計(jì)算

4.1 系統(tǒng)電氣設(shè)備參數(shù)

（1）生活區(qū)兩回供電線路共連接有9臺(tái)變壓器（表1），承擔(dān)著江埡水電站生活區(qū)所有用戶以及沿線路相關(guān)用戶的供電。正常運(yùn)行方式下，1#、4#、5#、6#、7#變壓器連接至生活區(qū)第一回供電線路帶電運(yùn)行；2#、3#、8#、9#變壓器連接至生活區(qū)第二回供電線路帶電運(yùn)行，兩條線路可在生活區(qū)10.5 kV配電室實(shí)現(xiàn)相互備用倒換。

表1 各變壓器相關(guān)技術(shù)參數(shù)

對(duì)于生活區(qū)第一回供電線路，除8#、9#變壓器不能倒換至此線路帶電運(yùn)行外，其它7臺(tái)變壓器均可倒換至此線路末端運(yùn)行。根據(jù)各變壓器額定參數(shù)，可計(jì)算得出生活區(qū)第一回供電線路上最大額定負(fù)荷電流為：

對(duì)于生活區(qū)第二回供電線路，除6#、7#變壓器不能倒換至本線路帶電運(yùn)行外，其余變壓器均倒換至此線路末端運(yùn)行。根據(jù)各變壓器額定參數(shù)，可計(jì)算得出生活區(qū)第二回供電線路最大額定負(fù)荷電流為：

（2）其它電氣設(shè)備相關(guān)技術(shù)參數(shù)（表2，表3）。

表2 斷路器相關(guān)技術(shù)參數(shù)

表3 高壓廠用變壓器相關(guān)技術(shù)參數(shù)

4.2 線路斷路器保護(hù)定值計(jì)算

（1）定時(shí)限過流保護(hù)按躲過線路最大負(fù)荷電流整定。對(duì)直饋線路，采用下公式計(jì)算：

式中KK——可靠系數(shù)，取值為1.2（取值范圍為1.15～1.25）；

Kf——返回系數(shù)，電磁型繼電器取值為0.85；

Kzqd——電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，取值為1.5（取值范圍為 1.5～2.5）；

Ifhxmax——本線路最大負(fù)荷電流。

通過計(jì)算得出：

生活區(qū)第一回供電線路過流保護(hù)動(dòng)作值Idz=[（1.2×1.5）/0.85]×204.99=434.1 A， 此回線路電流互感器變比200/1，故保護(hù)整定值為2.17 A，延時(shí)5 s。

生活區(qū)第二回供電線路過流保護(hù)動(dòng)作值Idz=[（1.2×1.5）/0.85]×246.97=523.0 A， 此回線路電流互感器變比200/1，故保護(hù)整定值為2.62 A，延時(shí)5 s。

（2）線路速斷電流值計(jì)算。

根據(jù)需要選擇基準(zhǔn)容量：Sj=100 MVA；Uj=10.5 kV；Ij=5 498.7 A；Zj=1.1 Ω。

a、生活區(qū)第一回供電線路鋼芯鋁絞線型號(hào)為L(zhǎng)GJ95，長(zhǎng)度約8.5 km，阻抗取0.4Ω/Km。此回線路標(biāo)幺值：

（式中100 MVA為基準(zhǔn)容量）。

高廠變TM11高壓側(cè)斷路器314的短路開斷電流為31.5 kA，額定電壓12 kV，開斷容量為378 MVA。因此，認(rèn)為無限大系統(tǒng)向故障點(diǎn)提供的斷流容量為378 MVA（計(jì)算電路圖見圖2，等值網(wǎng)絡(luò)圖見圖 3）。

圖2 生活區(qū)第二回線路計(jì)算電路圖

圖3 對(duì)應(yīng)圖2的等值網(wǎng)絡(luò)圖

系統(tǒng)標(biāo)幺阻抗為：

高廠變標(biāo)幺阻抗為：

故有效阻抗為：

生活區(qū)第一回供電線路末端三相短路電流有效值為：

b生活區(qū)第二回供電線路鋼芯鋁絞線型號(hào)為L(zhǎng)GJ95，長(zhǎng)度約 6.5 km，阻抗取 0.4 Ω/km。

此回線路標(biāo)幺值：

高廠變TM12A、TM12B高壓側(cè)斷路器324的短路開斷電流為31.5 kA，額定電壓12 kV，開斷容量為378 MVA。因此，認(rèn)為無限大系統(tǒng)向故障點(diǎn)提供的斷流容量為378 MVA（計(jì)算電路圖見圖4、等值網(wǎng)絡(luò)圖見圖5）。

圖4 生活區(qū)第二回線路計(jì)算電路圖

圖5 對(duì)應(yīng)圖4的等值網(wǎng)絡(luò)圖

系統(tǒng)標(biāo)幺阻抗為：

高廠變標(biāo)幺阻抗為：

故有效阻抗為：

生活區(qū)第二回供電線路末端三相短路電流有效值為：

（3）高廠變電流值計(jì)算。

高廠變低壓側(cè)三相短路時(shí)高壓側(cè)電流為：

a高廠變速斷動(dòng)作電流按躲過變壓器外部故障時(shí)流過變壓器的最大三相短路電流整定計(jì)算：

（式中1.4為速斷保護(hù)可靠系數(shù)）。同時(shí)，還應(yīng)該躲過變壓器的勵(lì)磁涌流，按5倍額定電流整定，即：

綜合比較，取值11.5 A。

（2）高廠變過流保護(hù)動(dòng)作值按照高廠變低壓側(cè)兩相短路時(shí)，靈敏系數(shù)不小于2整定：

5 結(jié)語(yǔ)

（1）由于生活區(qū)兩回10 kV架空供電線路投運(yùn)至今沒有進(jìn)行保護(hù)整定值復(fù)核，所帶負(fù)荷與線路投運(yùn)初期的設(shè)計(jì)相比，負(fù)荷發(fā)生較大變化。所以，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)此類設(shè)備的管理，及時(shí)做好保護(hù)定值核算，不容忽視。

（2）電力系統(tǒng)電氣設(shè)備之間保護(hù)定值的合理配合，是保護(hù)裝置可靠動(dòng)作的依據(jù)，可以有效隔離故障點(diǎn)，防止事故擴(kuò)大；保護(hù)定值管理應(yīng)系統(tǒng)化、規(guī)范化，定期復(fù)核、校驗(yàn)，保證發(fā)電廠繼電保護(hù)裝置整定值的精準(zhǔn)，從而保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 崔家佩,孟慶炎,陳永芳等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算[M].北京：水利電力出版社，1995.

2 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.