鋼鐵廠余熱電站繼電保護設(shè)計研究

孫家營

(濟南鋼鐵集團總公司 濟鋼集團國際工程技術(shù)有限公司,山東濟南 250101)

鋼鐵廠余熱電站繼電保護設(shè)計研究

孫家營

(濟南鋼鐵集團總公司 濟鋼集團國際工程技術(shù)有限公司,山東濟南 250101)

本文對鋼鐵廠余熱電站的繼電保護設(shè)計進行了詳細分析,并分別對電站一次主接線、繼電保護配置及保護監(jiān)控系統(tǒng)詳細分析介紹,提出了一套適合鋼鐵廠余熱電站的繼電保護設(shè)計方案,對該類型電站的保護設(shè)計提供了參考。

余熱電站 繼電保護 主接線

隨著國家對鋼鐵冶金企業(yè)節(jié)能減排的政策力度加大，鋼鐵廠為降低企業(yè)成本，越來越多的余熱回收利用和發(fā)電項目立項建設(shè)。鋼鐵廠余熱發(fā)電項目主要有燒結(jié)余熱發(fā)電、煉鋼、軋鋼飽和蒸汽發(fā)電、干熄焦余熱發(fā)電及高爐煤氣發(fā)電等。相對于獨立的火力發(fā)電廠或水力發(fā)電廠，鋼鐵廠余熱電站具有機組小、較分散、受熱源影響波動大的特點。余熱電站機組容量一般為6MW～25MW，一次主接線較簡單。針對余熱電站的特點，電站發(fā)電系統(tǒng)繼電保護設(shè)計不能照搬大型發(fā)電廠的典型設(shè)計，應(yīng)綜合考慮鋼鐵廠余熱工藝的特點，制定適合鋼鐵廠余熱本身的繼電保護設(shè)計。

根據(jù)近年來多個鋼鐵廠余熱電站的設(shè)計及運行經(jīng)驗，對余熱電站在設(shè)計、并網(wǎng)及運行中存在的問題進行了梳理，并做了一些研究工作，制定出鋼鐵廠余熱電站的繼電保護合理設(shè)計方案。本文以干熄焦發(fā)電項目為例，詳細討論繼電保護配置及設(shè)計情況。

1 余熱電站一次主接線及配置

考慮到鋼鐵廠余熱電站受鋼鐵工藝的影響較大，并且機組容量較小，一般電站并網(wǎng)到鋼廠內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)，不直接并入供電部門公用電網(wǎng)。電站主接線設(shè)一路發(fā)電并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線，一路備用電源進線。一次主接線采用單母線分兩段，I段設(shè)有發(fā)電機回路、廠用變壓器回路及廠用電動機回路，II段設(shè)有廠用變壓器回路及廠用電動機回路。發(fā)電機出口設(shè)為同期點。

2 繼電保護功能配置設(shè)計

2.1 聯(lián)絡(luò)線保護及分散保護設(shè)計

變壓器保護測控單元主要功能:高壓側(cè)速斷、過流保護、高壓側(cè)零序電流(接地)保護、低電壓保護、非電量保護。

電動機保護測控單元主要功能:速斷保護、過負荷保護、零序電流(接地)保護、不平衡(斷相反相)保護、低電壓保護、自啟動控制、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、實際啟動電流及啟動時間顯示、過熱跳閘記憶及強制復(fù)歸、過熱報警、諧波分析記錄功能。保護單元可實現(xiàn)定時限與反時限兩種過流保護功能。

中央信號監(jiān)控裝置主要功能:完成全所事故信號和預(yù)告信號報警輸出，并在主機處聲光報警。

2.2 發(fā)電機控制和保護

發(fā)電機保護裝置主要功能:發(fā)電機差動保護、發(fā)電機過負荷保護、低電壓閉鎖過電流保護、轉(zhuǎn)子一點接地保護、轉(zhuǎn)子兩點接地保護、發(fā)電機過電壓保護、定子接地保護、定子匝間短路保護、發(fā)電機低阻抗保護、發(fā)電機逆功率保護、發(fā)電機負序過負荷保護、發(fā)電機失磁保護、滅磁開關(guān)聯(lián)跳、熱工保護、發(fā)電機低頻保護、其它必要的保護。

自動/手動同期裝置(同期屏)主要功能:采用自動準(zhǔn)同期方式，供發(fā)電機并網(wǎng)開關(guān)用，確保捕捉第一次出現(xiàn)的并網(wǎng)時機及在零相角差時完成并網(wǎng)，具備TV二次回路斷線的低壓閉鎖功能。同期并網(wǎng)采用柜前操作。

發(fā)電機采用無刷勵磁系統(tǒng)，自帶勵磁調(diào)節(jié)柜，滿足自動與手動勵磁調(diào)節(jié)及強勵磁的要求，勵磁控制實現(xiàn)主從無擾切換，配置恒電壓自動調(diào)節(jié)(AVR)、恒無功自動調(diào)節(jié)(AQR)與恒功率因數(shù)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)電壓、無功功率及功率因數(shù)的自動調(diào)節(jié)。

發(fā)電機的起動、運行、停機，均有嚴(yán)格的邏輯要求，采用DCS系統(tǒng)控制，邏輯功能、聯(lián)鎖保護由DCS、ETS系統(tǒng)軟件編程實現(xiàn)。

我正在吃飯，聽到鄰桌一個女生對同伴說：“什么男孩要窮養(yǎng)、女孩要富養(yǎng)都是胡說，我說啊，女人最重要的是保養(yǎng)?！?/p>

3 保護監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

電站采用1套10kV微機保護及監(jiān)控系統(tǒng)，用于汽輪發(fā)電機組及其它廠用配電裝置的電氣參數(shù)控制監(jiān)測及數(shù)據(jù)處理，預(yù)留與上級變電所、DCS系統(tǒng)的進行信息傳送接口。

微機保護及監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式、開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)設(shè)備配置縱向分為兩層:站控層和間隔層。站控層:由監(jiān)控主站構(gòu)成，設(shè)在主控制室內(nèi)，采用工業(yè)級以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？蓪崿F(xiàn)對全部一次設(shè)備(發(fā)電機組及10kV配電系統(tǒng))的監(jiān)視、測量、控制、管理、記錄和報警等功能，同時可與電站DCS系統(tǒng)實現(xiàn)通訊，完成與DCS系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息交換，共設(shè)一臺監(jiān)控主機。

間隔層:由分散布置的微機綜合保護裝置構(gòu)成;其中，發(fā)電機、聯(lián)絡(luò)線的綜合保護裝置集中組屏設(shè)在電站電子設(shè)備間內(nèi)，其余10kV開關(guān)柜的綜合保護裝置分別裝在各自的開關(guān)柜內(nèi)。間隔層網(wǎng)絡(luò)采用RS485或CAN網(wǎng)絡(luò)方式與通信管理機通信。

系統(tǒng)完成對全廠電氣系統(tǒng)的控制、監(jiān)視、測量、管理、記錄和報警等功能。以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線通過智能通訊管理機實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)約轉(zhuǎn)換。

4 主要監(jiān)視和控制的功能

保護功能:對變電所內(nèi)的10kV供配電設(shè)備(如變壓器、進線、饋出線斷路器等)提供保護功能。

數(shù)據(jù)采集功能:對電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、功率因數(shù)、頻率和變壓器溫度等數(shù)據(jù)進行采集，同時還可采集各高壓斷路器的開閉狀態(tài)信號。

顯示功能:實時顯示所檢測的系統(tǒng)中各種參數(shù)及供配電系統(tǒng)畫面。

控制功能:通過顯示器和鍵盤操作對系統(tǒng)范圍內(nèi)的10kV供配電設(shè)備的斷路器進行開關(guān)控制。

信號報警功能:實時進行故障報警。當(dāng)供配電設(shè)備發(fā)生事故跳閘、事故預(yù)告、電流電壓越限等故障時，能及時給出聲光報警信號，同時能顯示出故障類別。

打印報表功能:對電能消耗量等進行累積計算，按日、月、季度或年打印出報表;并能打印電力負荷曲線等趨勢圖。

5 結(jié)語

根據(jù)鋼鐵廠余熱電站的特點，結(jié)合多年來該類型電站的設(shè)計及運行經(jīng)驗，本文對余熱電站繼電保護設(shè)計進行了詳細分析，并制定出合理的解決方案。該繼電保護設(shè)計方案相比傳統(tǒng)設(shè)計更加簡單可靠、安全穩(wěn)定，并在多個發(fā)電項目中應(yīng)用，效果良好。

[1]GB/T 50062-2008.電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范.中國計劃出版社,2009.

[2]吳競昌.中國電力百科全書[M].中國電力出版社,1995.

[3]何仰贊,等.電力系統(tǒng)分析[M].華中理工大學(xué)出版社,1984.

孫家營(1981—),男,山東濟南人,中級工程師,碩士學(xué)位,畢業(yè)于西華大學(xué),主要研究方向為電氣工程。