6kV廠用電保護(hù)配置及其功能探究

郭棟梁 戴寧

摘 要：近年來機(jī)組容量在不斷增加，這種情況下對(duì)承擔(dān)發(fā)電廠動(dòng)力保證的廠用電系統(tǒng)提出了更好的要求，做好廠用電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的相關(guān)工作如配置、整定計(jì)算等工作顯得尤為重要，對(duì)于廠用系統(tǒng)安全性與可靠性的提升起到了重要作用。為此，本文主要針對(duì)廠用保護(hù)配置相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了闡述與分析，希望可以為電力企業(yè)的實(shí)際工作提供一些幫助，為廠用電系統(tǒng)保護(hù)工作提供一些參考。

關(guān)鍵詞：6kV廠；用電保護(hù)配置；功能

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）11-0208-02

隨著近年來社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)用電量在短時(shí)期內(nèi)急劇增加，發(fā)電廠面臨的任務(wù)越來越艱巨，廠用電作為用電系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保其用電安全為維護(hù)用電安全提供了基本保障，在發(fā)電廠運(yùn)行過程中，經(jīng)常需要啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)及檢修設(shè)備，廠用電二次系統(tǒng)承擔(dān)著保護(hù)、控制系統(tǒng)的重要責(zé)任，其設(shè)計(jì)好壞直接決定著廠用設(shè)備是否可以正常運(yùn)行，這就需要針對(duì)供電設(shè)備實(shí)行必要的保護(hù)性措施，廠用繼電保護(hù)設(shè)備配置及整定顯得尤為重要。下面就結(jié)合筆者多年來的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，從不同角度針對(duì)6kV廠用電保護(hù)的相關(guān)問題進(jìn)行深入分析與探討。

1 廠用接線方式

1.1 高壓廠用接線

當(dāng)前電廠發(fā)電中多數(shù)機(jī)組用電系統(tǒng)均采用主6kV系統(tǒng)，并將其分成A、B兩段工作母線之中，運(yùn)輸負(fù)荷電源均由工作母線提供，其中高壓母線一般利用單母線接線方式，之所以利用這種方式接線，是因?yàn)榭梢燥@著提升系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，同時(shí)達(dá)到限制短路電流的作用。所以，在設(shè)置電源的過程中，通常母線是不存在聯(lián)系的，每條母線都有其獨(dú)立工作電源。

1.2 電壓廠用接線

低壓廠用母線一般利用獨(dú)立一條單母線，每段母線均通過開關(guān)與低壓變壓器低壓側(cè)一端連接，為了達(dá)到限制短路電流大小，一般要求低壓變壓器容量不能超出2500kVA。歸結(jié)起來，廠用接線方式的特點(diǎn)[1]：（1）發(fā)電機(jī)組中廠用系統(tǒng)均為相互獨(dú)立，尤其是200MW超臨界機(jī)組，更需要采用獨(dú)立設(shè)置方式；（2）綜合考慮到機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)等用電情況；（3）根據(jù)電廠建設(shè)需求，施工期間及分期建設(shè)期間均要考慮到用電系統(tǒng)運(yùn)行方式；（4）200MW或以上機(jī)組必須設(shè)立交流安保電源，如果機(jī)組全面停運(yùn)，則進(jìn)行自動(dòng)切換并確保按照原來的負(fù)荷供電。

2 保護(hù)裝置的設(shè)備選型

隨著近年來機(jī)組容量的快速增加，對(duì)電廠廠用電系統(tǒng)提出的要求和標(biāo)準(zhǔn)越來越高，這種情況下在實(shí)際工作中，廠用電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置配置起到了重要作用，同時(shí)也引起了人們對(duì)其整定運(yùn)算的關(guān)注和重視，確保設(shè)備選型正確可以為廠用系統(tǒng)運(yùn)行安全性與可靠性提供必要保證。下面我們就從廠用電接線形式與廠用電保護(hù)原理兩方面，針對(duì)廠用電幾點(diǎn)保護(hù)裝置的設(shè)備選型問題進(jìn)行詳細(xì)分析和論述[2]。

2.1 廠用電接線形式

一般廠用電高壓用電系統(tǒng)以3kV、6kV、10kV為標(biāo)稱電壓，根據(jù)發(fā)電機(jī)額定電壓、廠用電供電網(wǎng)絡(luò)及電動(dòng)機(jī)電壓等因素決定其電壓等級(jí)，并且綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化廠用電接線，同時(shí)達(dá)到便于維護(hù)的目的，當(dāng)前采用的都是一級(jí)高壓廠用電電壓，在6kV一級(jí)高壓廠用電可以滿足各設(shè)備需求并且開關(guān)設(shè)備開斷水平合理時(shí)，選擇6kV電壓。

2.2 廠用電保護(hù)原理

當(dāng)前縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算都是利用比率制動(dòng)原理得出的，因?yàn)樽儔浩鲀蓚?cè)特性不一致，因此出現(xiàn)了不平衡電流，而復(fù)合電壓過電流保護(hù)則需要?jiǎng)幼麟娏鱽頉Q定。低電壓動(dòng)作值主要由電動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)最低電壓決定，而負(fù)序電壓動(dòng)作值則由正常運(yùn)行過程中不平衡電壓整定計(jì)算得出，電流對(duì)應(yīng)分支額定電流直接決定了動(dòng)作電流的大小，這種保護(hù)電流比較低，具有較高的靈敏度。

3 6kV電廠廠用電系統(tǒng)保護(hù)配置及整定計(jì)算

6kV用電保護(hù)具體分為電動(dòng)機(jī)保護(hù)、低壓廠用變壓器保護(hù)、饋線保護(hù)及分段斷路器保護(hù)幾個(gè)部分，其中母線與饋線分段斷路器保護(hù)是非常簡(jiǎn)單的，僅需要進(jìn)行電力速斷保護(hù)、零序過電流保護(hù)及過電流保護(hù)的設(shè)定。廠用電系統(tǒng)則需要計(jì)算保護(hù)整定，注意嚴(yán)格遵循下面的原則[3]：

（1）嚴(yán)格計(jì)算出高壓廠用變壓器電流及電壓保護(hù)整定，一般來說用電系統(tǒng)均為自啟動(dòng)方式，這一點(diǎn)與一般用戶存在一定差異，同時(shí)與一般變電站升壓變壓器也有所不同，所以，其電流整定計(jì)算不能完全按照定時(shí)限過電流保護(hù)的方法來處理；（2）在計(jì)算低電壓廠變過電流保護(hù)動(dòng)作的過程中，如果該動(dòng)作電流與低壓側(cè)饋線電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流是配合的，或者說其值為0.1s，這時(shí)低壓廠用變電過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)為0.5s；而如果動(dòng)作電流與短延時(shí)電力速斷保護(hù)動(dòng)作電流存在相互配合的關(guān)系，那么低壓廠變過電流保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間就應(yīng)該是0.6s/0.7s，總之從整體上來看都不會(huì)超出1s；（3）應(yīng)綜合考慮其快速性、選擇性與靈敏性。廠用電系統(tǒng)一次設(shè)備發(fā)生短路的概率比較高，同時(shí)短路電流也存在較大的變化，某些條件下還可能會(huì)造成比較嚴(yán)重的后果，所以在其整定計(jì)算過程中，不僅要充分滿足系統(tǒng)選擇性要求，同時(shí)還要有效縮短保護(hù)動(dòng)作發(fā)生的時(shí)間；（4）在選擇上下級(jí)保護(hù)時(shí)間差時(shí)，較大發(fā)電機(jī)組廠用系統(tǒng)保護(hù)通常采用危機(jī)保護(hù)或者高精度時(shí)間元件，所以這種情況下上下級(jí)保護(hù)時(shí)間差會(huì)在0.3到0.4s之間。

4 保護(hù)裝置中電動(dòng)機(jī)的整定與功能

（1）電流速斷保護(hù)：很多情況下都要針對(duì)電流速斷保護(hù)整定進(jìn)行計(jì)算。動(dòng)作電流整定主要是通過啟動(dòng)電流進(jìn)行確定，電流速斷保護(hù)裝飾動(dòng)作電流的整定值與很多值都存在關(guān)系，如與接線系數(shù)、可靠系數(shù)、動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流均呈正比，而與電流互感器變比則呈反比。在整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)之中電動(dòng)機(jī)處于末端位置，不需要對(duì)電流速斷保護(hù)進(jìn)行動(dòng)作上的限制，按照電動(dòng)機(jī)實(shí)際工作情況，電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)均可以按照公式展開整定計(jì)算。（2）過熱保護(hù)：這里提到的過熱保護(hù)是指以電動(dòng)機(jī)發(fā)熱模型為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上展開散熱計(jì)算分析，所以，要想實(shí)現(xiàn)精確的過熱保護(hù)，還要利用發(fā)熱時(shí)間常數(shù)、散熱時(shí)間等數(shù)值的計(jì)算來確定。按照我們購(gòu)買電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)熱時(shí)間計(jì)算，具體來說，發(fā)熱時(shí)間計(jì)算主要有四種不同的方法[4]：第一：利用電動(dòng)機(jī)計(jì)算過負(fù)荷能力；第二，利用電動(dòng)機(jī)溫升值、電流密度進(jìn)行發(fā)熱時(shí)間的計(jì)算；第三，通過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流之下的定子溫升，計(jì)算其發(fā)熱時(shí)間的相關(guān)常數(shù)；第四：利用電動(dòng)機(jī)運(yùn)行規(guī)程估算出發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。歸根結(jié)底，散熱時(shí)間還需要利用電動(dòng)機(jī)過熱之后，從高溫一直降低至常溫確定時(shí)間。（3）堵轉(zhuǎn)保護(hù)。通過實(shí)際觀察可以發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在其實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)電壓過低、機(jī)械卡塞等異常情況。在發(fā)生堵轉(zhuǎn)的情況時(shí)，其時(shí)轉(zhuǎn)速比較低，同時(shí)電路中經(jīng)過的電流也比較大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鲱~定電流，這種情況下很容易會(huì)造成電動(dòng)機(jī)溫度上升，將設(shè)備燒壞。在堵轉(zhuǎn)保護(hù)過程中，我們可以利用失壓-恢復(fù)的手段來實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的，也就是說電壓跌落之后恢復(fù)到正常值，失壓之后重啟會(huì)得以實(shí)現(xiàn)，利用這種邏輯方法通常都可以將電流定值調(diào)節(jié)到一個(gè)比較小的范圍，使其靈敏度得到明顯提升。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電廠正常運(yùn)行過程中需要用到很多工藝設(shè)備或輔助系統(tǒng)，這些工藝設(shè)備和輔助系統(tǒng)支撐著發(fā)電機(jī)、升壓站等上端設(shè)備，廠用電二次系統(tǒng)在其中主要承擔(dān)著保護(hù)和控制系統(tǒng)的重要作用，其設(shè)計(jì)好與壞直接關(guān)系到廠用電設(shè)備是否可以正常運(yùn)行，所以，必須將廠用繼電保護(hù)設(shè)備的配置、整定計(jì)算等工作做好。本文著重從廠用接線方式、保護(hù)裝置設(shè)備選型、6kV電廠廠用電系統(tǒng)保護(hù)配置及整定計(jì)算等方面針對(duì)6kV廠用電保護(hù)的相關(guān)問題進(jìn)行了闡述，并針對(duì)電動(dòng)機(jī)功能的相關(guān)問題進(jìn)行了分析。

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