關(guān)于廠用電系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算問(wèn)題的研究和難點(diǎn)分析

段芃

摘要：廠用電保護(hù)的配置及整定計(jì)算直接關(guān)系到廠用設(shè)備的正常可靠運(yùn)行，繼而影響到電廠的安全和穩(wěn)定。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，我廠發(fā)電機(jī)、變壓器單機(jī)容量不斷增大，電力系統(tǒng)正朝著“大機(jī)組、超高壓、大電網(wǎng)”的方向發(fā)展。現(xiàn)今我國(guó)大容量發(fā)電廠不斷增多，他們?cè)陔娏ο到y(tǒng)中地位更顯重要。

關(guān)鍵詞：廠用電系統(tǒng)、整定計(jì)算

廠用電系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱廠用系統(tǒng)）的電流電壓保護(hù)的整定計(jì)算曾存在著一些誤區(qū)。如某發(fā)電廠300MW機(jī)組廠用系統(tǒng)的繼電保護(hù)，從20世紀(jì)70年代中期到80年代后期，一致沿用定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)各級(jí)時(shí)限相互配合的原則，以至高壓廠用變壓器（以下簡(jiǎn)稱高廠變）高壓側(cè)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間高達(dá)3s以上，此種情況在過(guò)去很多發(fā)電廠常用系統(tǒng)中也存在。廠用系統(tǒng)的母線或饋線近區(qū)短路故障，而故障設(shè)備保護(hù)拒動(dòng)或斷路器拒動(dòng)（斷路器不能切除短路）的情況在國(guó)內(nèi)屢有發(fā)生，此時(shí)用高壓廠用變壓器或其分支帶時(shí)限的電流、電壓保護(hù)動(dòng)作切除短路，如果動(dòng)作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，必然加重設(shè)備損壞程度或使短路范圍擴(kuò)大。為此對(duì)廠用系統(tǒng)的繼電保護(hù)，可歸納以下繼電整定計(jì)算的原則。

1.高低壓廠用變壓器的電流、電壓保護(hù)整定計(jì)算

過(guò)去高壓廠變分支低電壓閉鎖過(guò)電流保護(hù)，動(dòng)作電壓按躲過(guò)電動(dòng)自啟動(dòng)計(jì)算，動(dòng)作電流按變壓器額定電流計(jì)算，其動(dòng)作時(shí)間與低廠變定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間配合計(jì)算都高達(dá)2.1s，有的甚至高達(dá)2.5s，這樣一級(jí)一級(jí)配合上去，最后至高廠變側(cè)的電流電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間高達(dá)3.1s，這種情況在某廠曾沿用很多年.20世紀(jì)80年代中期，高壓廠變分支低電壓閉鎖過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電壓按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)計(jì)算，按如此原則整定，高壓廠變分支低電壓閉鎖過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流都比較大，其動(dòng)作電流能與各饋線的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流配合，同時(shí)在此動(dòng)作電流時(shí)，各饋線FC回路高壓熔斷器考慮到誤差后的熔斷時(shí)間小于或等于0.1s，則廠用分支的電流、電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間可用0.4～0.5s，而不必與低廠變定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間配合，用這種方法配合，已正常運(yùn)行于今。由于廠用系統(tǒng)有電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)情況，不同于一般用戶，也不同于變電站的降壓或升壓變壓器的運(yùn)行情況，所以與一般變壓器的整定計(jì)算有很大差異。有的雖然是過(guò)電流保護(hù)，而實(shí)際是帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)，因此整定計(jì)算往往不能簡(jiǎn)單的按照定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)處理。

2.低壓廠變過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間整定

其動(dòng)作電流如已與低壓側(cè)各饋線的電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流配合，同時(shí)此時(shí)低壓側(cè)的熔斷器的熔斷時(shí)間小于或等于0.1s時(shí)，則低壓廠變過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可用0.5s；動(dòng)作電流如與低壓側(cè)各饋線的短延時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流配合，則低壓廠變過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可用0.6～0.7s，一般是最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間不超過(guò)1s。

3.校核變壓器允許的自起動(dòng)容量和自起動(dòng)時(shí)母線殘壓

在整定計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)校核變壓器允許的自起動(dòng)容量和自啟動(dòng)時(shí)母線殘壓，以保證重要電動(dòng)機(jī)能可靠的自啟動(dòng)。如某發(fā)電廠，1989年7月一臺(tái)供燃油的重油泵廠用變壓器在電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)過(guò)程中，由于重油黏度特別高，重油泵過(guò)負(fù)荷自起動(dòng)，使自啟動(dòng)母線殘壓長(zhǎng)期為60%額定電壓，造成多臺(tái)重油泵始終未能啟動(dòng)成功，該低壓廠變長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行，最后導(dǎo)致變壓器油溫短時(shí)間內(nèi)迅速上升，致使變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。對(duì)這種特殊負(fù)荷的特殊情況，為確保設(shè)備的安全，保護(hù)裝置及其整定計(jì)算應(yīng)做特殊處理。

3.1 為保證電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)成功，可用低電壓保護(hù)切除足夠容量的電動(dòng)機(jī)，母線電壓應(yīng)保證I類負(fù)荷自起動(dòng)成功。

3.2 為保證變壓器安全運(yùn)行，除安裝短路故障的后備保護(hù)外，應(yīng)考慮加裝躲自起動(dòng)且具有反時(shí)限特性的過(guò)負(fù)荷跳閘保護(hù)。過(guò)去在變壓器高壓側(cè)不裝設(shè)此保護(hù)，但近年來(lái)低壓廠變高壓側(cè)綜合保護(hù)帶有反時(shí)限特性的過(guò)負(fù)荷保護(hù)，或低壓廠變低壓側(cè)裝設(shè)帶智能保護(hù)的低壓自動(dòng)空氣斷路器，可合理整定綜合保護(hù)帶有反時(shí)限特性的過(guò)負(fù)荷保護(hù)或低壓自動(dòng)空氣斷路器的長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)，作為低壓廠變的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

3.3 在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮變壓器有足夠的容量，以保證這種情況所有重要電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)。

4.上下級(jí)保護(hù)時(shí)間級(jí)差的選擇。

由于現(xiàn)在大機(jī)組的廠用系統(tǒng)保護(hù)基本不再采用電磁型時(shí)間元件，而采用微機(jī)保護(hù)或高精度時(shí)間元件，這樣上下級(jí)保護(hù)時(shí)間級(jí)差可用0.3～0.4s。

5.關(guān)于高壓廠用系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇問(wèn)題

大型發(fā)電機(jī)組高壓廠用系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為不接地方式和小電阻接地方式。

5.1廠用系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地方式。

（1） 廠用系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地方式單相接地保護(hù)作用于信號(hào)。過(guò)去大部分高壓（6.3kV）廠用系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地方式，當(dāng)高壓廠用系統(tǒng)發(fā)生單相接地，且單相接地電流 時(shí)，允許系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行2h。但時(shí)間證明，對(duì)于大機(jī)組的高壓廠用系統(tǒng)，單相接地電流一般雖小于10A，而當(dāng)電纜發(fā)生單相接地時(shí)，幾乎都在短時(shí)間內(nèi)發(fā)展為電纜的相間短路。由此可見(jiàn)，高壓廠用系統(tǒng)中性點(diǎn)采用不接地方式，當(dāng)高壓廠用系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，不裝飾作用于跳閘的單相接地保護(hù)或僅裝設(shè)作用于信號(hào)的單相接地保護(hù)是不安全的。

（2） 廠用系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地方式單相接地保護(hù)作用于跳閘。當(dāng)高壓廠用系統(tǒng)單相接地電流超過(guò)10A或接地10A時(shí)，應(yīng)作用于跳閘方式。

（3） 廠用系統(tǒng)經(jīng)小電阻接地方式。近年來(lái)，單機(jī)容量在300MW及以上機(jī)組的高壓廠用系統(tǒng)，為保證單相接地時(shí)零序過(guò)電流保護(hù)同時(shí)滿足選擇性和靈敏性的要求，采用高壓廠用變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，其接地電阻值應(yīng)遵循各級(jí)零序過(guò)電流保護(hù)既有選擇性又有足夠的靈敏度，同時(shí)單相接地電流在短時(shí)間內(nèi)部導(dǎo)致加重一次設(shè)備破壞程度的原則。高壓廠用系統(tǒng)中性點(diǎn)接地電阻值滿足單相接地電流為600～200A比較合理，高壓廠用系統(tǒng)中性點(diǎn)接地電阻 （Ω），即6kV廠用系統(tǒng)中性點(diǎn)接地電阻 （Ω）。

6.廠用系統(tǒng)繼電保護(hù)所用電流互感器TA的選擇

（1） 10kV高壓電動(dòng)機(jī)和低壓廠變保護(hù)所用TA，不應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)或低壓廠用變壓器的額定電流選擇TA變比，應(yīng)根據(jù)實(shí)際短路電流水平，選擇足夠大變比、短路電流倍數(shù)、容量，以保證保護(hù)在各種短路情況下能可靠動(dòng)作（國(guó)內(nèi)已多次發(fā)生高、低壓廠用系統(tǒng)出口短路時(shí)因TA嚴(yán)重飽和，造成保護(hù)拒動(dòng)的實(shí)例）。

（2） 高壓廠用變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地TA0變比和零序過(guò)電流繼電器選擇。自20實(shí)際90年代后，高壓廠用變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，其接地電流在（180～800）A之間，此時(shí)高壓電動(dòng)機(jī)和低壓廠用變壓器高壓側(cè)單相接地保護(hù)，不能再用小電流接地方式的接地電流測(cè)量互感器TA0，根據(jù)接地電流的大小，應(yīng)采用TA0變比（200～800）/（5或1）A，同時(shí)高壓電動(dòng)機(jī)和低壓廠用變壓器接地零序過(guò)電流繼電器應(yīng)和TA0二次電流匹配，應(yīng)能可靠反映最大單相接地電流，即接地電流測(cè)量互感器TA0和零序過(guò)電流繼電器內(nèi)部測(cè)量互感器TA均不能因接地電流的增大導(dǎo)致保護(hù)或溢出而拒動(dòng)（實(shí)際上此種情況保護(hù)拒動(dòng)在國(guó)內(nèi)多次發(fā)生）。所以在調(diào)試時(shí)應(yīng)通入可能的最大接地電流，檢查TA0和TA不應(yīng)出現(xiàn)保護(hù)現(xiàn)象，繼電器也不能因此拒動(dòng)。

7.廠用系統(tǒng)（0.4～10kV）繼電保護(hù)整定計(jì)算的難點(diǎn)

（1） 饋線出口短路電流特別大而TA變比過(guò)小的矛盾。實(shí)際廠用系統(tǒng)中各饋線出口短路電流特別大，而按負(fù)荷電流選擇TA變比過(guò)小，以致各饋線出口短路時(shí)TA出現(xiàn)嚴(yán)重飽和，這基本上是高低壓廠用系統(tǒng)共存的問(wèn)題。當(dāng)廠用母線近區(qū)短路，只是TA出現(xiàn)嚴(yán)重飽和時(shí)，TA二次側(cè)智能輸出非常窄的尖頂波，以至饋線出口短路時(shí)保護(hù)拒動(dòng).例如，A、B廠10kV母線附近或高壓電動(dòng)機(jī)入口三項(xiàng)短路電流高達(dá)18kA，如饋線用100/5的TA，則短路電流倍數(shù)高達(dá)180倍。當(dāng)?shù)碗妷簭S用變?nèi)萘繛?250kVA、Uk%=6時(shí)，0.4kV母線附近三相短路電流高達(dá)27kA，如低壓饋線的電流互感器采用300/5，則短路電流倍數(shù)高達(dá)100倍。而生產(chǎn)廠家的這一電壓等級(jí)TA，短路電流倍數(shù)和容量都比較小，這使保護(hù)更難保證其正確動(dòng)作。對(duì)于這種情況可采用以下措施進(jìn)行處理。

1）保護(hù)用電流互感器。盡可能選用非較大的變比、較大的保護(hù)電流倍數(shù)和較大的容量。

2）繼電保護(hù)裝置。盡可能安裝于就地配電柜上，最大限度減小電流互感器的二次負(fù)載。

（2） 0.4kV廠用系統(tǒng)安全可靠性和靈敏度之間的矛盾。0.4kV廠用系統(tǒng)雖然可采用分級(jí)整定一次脫扣的自動(dòng)空氣斷路器，由于不能按整定要求調(diào)整整定值會(huì)存在低壓電纜末端短路時(shí)靈敏度不夠的問(wèn)題。特別重要的供電線路（I類負(fù)荷饋線），如電動(dòng)機(jī)控制中心MCC所接負(fù)荷數(shù)量較多時(shí)，還需分兩級(jí)保護(hù)，以便這種饋線既不能犧牲選擇性，又要保證可靠動(dòng)作。如采用二次型保護(hù)，必須考慮電流互感器的極度飽和問(wèn)題，盡可能選用變比和容量較大的TA。對(duì)這種設(shè)備的保護(hù)最好采用分級(jí)整定一次脫扣的自動(dòng)空氣斷路器，與二次型保護(hù)配合使用，或采用帶有智能型保護(hù)的自動(dòng)空氣斷路器。在短路電流很大時(shí)，二次保護(hù)可能拒動(dòng)，這時(shí)由一次脫扣保護(hù)動(dòng)作跳閘。當(dāng)一次保護(hù)靈敏度不夠時(shí)，可由二次型保護(hù)動(dòng)作跳閘。