對發(fā)電廠廠用電保護配置及定值整定探究

摘 要：隨著近些年來我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國家用電量急劇增加，隨之發(fā)電廠的任務也越來越艱巨。發(fā)電廠廠用電是用電系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保發(fā)電廠廠用電的用電安全是維護用電安全的基本保障。在發(fā)電廠運行過程中，經(jīng)常需要對設備進行啟動、運轉(zhuǎn)、檢修等操作，這就需要對各供電設備采取用電保護措施。該文對發(fā)電廠廠用電保護的配置原則和定值整定分析，結(jié)合用電設備的相關(guān)類型和參數(shù)，探究發(fā)電廠廠用電保護需要關(guān)注的一些問題，旨在確保發(fā)電廠的用電安全。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠 廠用電 保護配置 定值整定

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0099-02

發(fā)電廠在投入運行過程中會出現(xiàn)啟動、運轉(zhuǎn)、檢修等過程，對電動機等設備的維護在發(fā)電廠電氣系統(tǒng)中具有重要的作用。廠用電系統(tǒng)是電廠在正常運營的過程中需要的工藝設備和輔助設備供電的系統(tǒng)，主要包括發(fā)電機、主變壓器和升壓站等上端主系統(tǒng)和相關(guān)設備。電路的保護和控制功能是由廠用電的二次系統(tǒng)來實現(xiàn)，對設備的正常使用起到?jīng)Q定性作用。廠用電保護裝置及定值整定對廠用設備的使用起到不容忽視的作用。發(fā)電廠的用電系統(tǒng)較為復雜，給繼電保護的整定計算帶來一定的難度。傳統(tǒng)的繼電保護多是基于手算且工程量大，但隨著微機和網(wǎng)絡的發(fā)展，逐漸實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的一體化和自動化發(fā)展。繼電保護整定軟件的應用可以減少人工整定計算的工作量，可以節(jié)約大量的時間成本。

1 繼電保護裝置

目前，發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的電壓等級不高，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)也簡單，保護配置和整定算的相關(guān)文獻較少，在具體的實踐過程中也出現(xiàn)了一些問題。例如，由于對現(xiàn)場裝置實際整定的指導性不高，導致繼電保護的可操作性較低，相關(guān)的執(zhí)行標準或者設計手冊只對一些常規(guī)的保護配置和取值范圍進行設置，但是不能滿足目前較為普遍的微機綜合保護系統(tǒng)。通過統(tǒng)一圖形系統(tǒng)、整定計算以及人工干預等，實現(xiàn)可視化的操作系統(tǒng)，如圖1所示。相比傳統(tǒng)模式的保護配置及定值計算較簡單、方便，目前是較為普遍的應用方法。

目前，發(fā)電廠使用的設備種類較多，所需要應用的保護原理不同，采用的設備也不一樣。發(fā)電機和電動機都是通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動來工作的，它們的運行狀況較為復雜，需要保護的方面較多，該文章主要是通過兩個設備進行繼電保護分析?，F(xiàn)在電廠采用的發(fā)電機組的規(guī)模逐漸變大，廠用電的主線接線形式跟以往相比也有所變化。繼電保護的整定計算中也會遇到一些難點問題，在實際的廠用電中各個饋線出口短路電流過大，與TA電流變比不匹配，當它變比較小時會使饋線出口短路TA出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象，TA二次輸出的尖頂波較窄，導致各個饋線出口短路時發(fā)生保護拒動現(xiàn)象。

發(fā)電廠的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)差異較大，大型機組多采用結(jié)構(gòu)簡單的單元接線，中小型機組的接線形式較為復雜，其保護配置也各不相同。保護配置多樣性導致相應保護裝置多樣化。在廠用電的二次系統(tǒng)中，線路接口較多，設計完成后修改較為困難，在進行設計時需要深思熟慮，避免后期修改。高壓廠用電的微機保護系統(tǒng)實現(xiàn)方法較多，保護裝置的不同會導致外部接口和通信方式不一樣，因而在進行設計時就需要對二次設備采購情況進行了解，依據(jù)廠家的產(chǎn)品資料和樣品，進行相關(guān)工作，避免后期的修改。

繼電保護的定值整定計算是繼電保護運行技術(shù)的重要組成部分，對系統(tǒng)的電氣設備具有重大作用。繼電保護定值計算出現(xiàn)問題會引起繼電保護的拒動或者誤動，使得電氣故障擴大化，導致電氣設備受損，甚至引起更大的安全事故。在對發(fā)電廠進行繼電保護時，需要進行定值整定計算，通過計算來檢驗保護裝置是否符合現(xiàn)有設備，不符合實際情況時，需要進行方案改進，確保系統(tǒng)的安全運行。

2 保護裝置的設備選型

（1）600MW發(fā)電機組的主接線形式。

廠用電的電壓等級通常是根據(jù)發(fā)電機的額定電壓、電動機的電壓和廠用電供電網(wǎng)絡等因素共同決定，除此之外還需要考慮經(jīng)濟性。為了簡化廠用電接線，方便維護，本單位采用的廠用電電壓為10kV的高壓電，電壓等影響電動機的機械選型，在滿足技術(shù)要求的前提下，需要選擇較為合適的電動機，以便于獲得更高經(jīng)濟效益。600MW的發(fā)電機組通常經(jīng)升壓變壓后接入500 kV或750 kV系統(tǒng)，但是也存在經(jīng)升壓后接入其他電壓等級系統(tǒng)的情況，大型電廠和變電所330 kV及以上，進出線回路數(shù)較多的高壓、超高壓配電裝置中通常采用一個半斷路器接線。

在高壓電動機的保護裝置中，由于異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的優(yōu)點，并且它能夠滿足大多數(shù)生產(chǎn)機械需求，因此在軋鋼、機床、礦山機械等工況行業(yè)得到越來越廣泛的應用。隨著科技的進步，保護裝置由機電式向微機型過渡，保護裝置的自動化程度越來越高。當使用的電動機的數(shù)量較多時，需要消耗大量的人力資源和物力資源，這會導致電動機使用的復雜性。電動機的惡劣運行環(huán)境或者長期運行不當會引起電動機內(nèi)部繞組出現(xiàn)故障，出現(xiàn)匝間短路或者單相接地等問題。因此，電動機的保護問題較為復雜，在具體的使用過程中需要對電動機等選擇合理的保護裝置和啟動裝置。

現(xiàn)階段，高壓廠變分支復合電壓過電流保護的整定計算，是通過動作電流決定的。低電壓動作值，由躲過電動機自啟動的最低殘壓來決定，負序電壓動作值由躲過正常運行時出現(xiàn)的不平衡電壓進行定值整定計算，動作電流取決于躲過電流對應分支的額定電流。這種方式的保護電流較低，靈敏度較高。

3 保護裝置中電動機的整定問題

針對一些高壓電動機使用要求，可以參考相關(guān)規(guī)程對此進行了整定計算，確保保護裝置正常運轉(zhuǎn)。針對10 kV的出線主要考慮電流速斷保護、過流保護、過負荷保護、接地故障保護、PT斷線保護。

（1）電流速斷保護?！禗L-T 5153-2002火電廠廠用電設計技術(shù)規(guī)定》要求在一些情況下，需要進行電流速斷保護整定計算等。動作電流整定是通過啟動電流來確定，電流速斷保護裝置動作電流整定值與電流繼電器的可靠系數(shù)、接線系數(shù)，電動機啟動電流成正比，與電流互感器變比成反比。電動機處于供電網(wǎng)絡的末端，不需要對電流速斷保護進行動作時限設置。根據(jù)電動機的工作狀況，電流速斷保護和過電流保護應該根據(jù)相關(guān)公式進行整定計算。以汽機變?yōu)槔?，躲過外部短路時電流保護的最大短路電流為，式中為為可靠系數(shù)，為最大運行方式下變壓器低壓側(cè)母線三相短路時流過電流互感器的電流值。

（2）過熱保護。過熱保護功能是建立在對電動機進行發(fā)熱模型的基礎上進行散熱計算分析，因此實現(xiàn)較為精確的過熱保護，主要是通過發(fā)熱時間常數(shù)和散熱時間來確定。根據(jù)所采購的電動機的相關(guān)數(shù)據(jù)計算發(fā)熱時間，發(fā)熱時間的計算有4種方法，（1）可以通過電動機過負荷能力計算；（2）可以通過電動機的溫升值和電流密度計算；（3）也可以由電動機啟動電流下定子溫升的發(fā)熱時間常數(shù)計算；（4）還可以通過電動機運行規(guī)程對發(fā)熱時間常數(shù)進行估算。散熱時間，是由電機過熱后從高溫降至常溫時的時間來確定。

（3）堵轉(zhuǎn)保護。電動機的轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)機械卡塞、電壓過低等堵轉(zhuǎn)情況。堵轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速較低，電路中的電流過大，甚至會超過額定電流，導致電動機溫度上升，容易燒壞。在堵轉(zhuǎn)保護中，可以采用失壓-恢復的方式進行保護，即電壓跌落后恢復至正常值，實現(xiàn)失壓后的重啟，采用這種邏輯方式可以調(diào)整電流定值到較小的范圍，使靈敏度大大提高。

4 保護裝置的靜態(tài)調(diào)試

繼電保護裝置的選型和定值整定計算的選型和定值整定計算是否適合發(fā)電廠的實際情況，可以通過現(xiàn)場實際運行結(jié)果和相關(guān)的數(shù)據(jù)來驗證。首先，需要確定系統(tǒng)整體的繼電保護裝置方案；其次，對其進行相關(guān)的定值整定計算，將對應的發(fā)變組和線路中的保護裝置啟用試運行模式，對試運行模式中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集和統(tǒng)計分析，對故障情況和保護動作的發(fā)生情況進行記錄和分析；最后，根據(jù)故障信息和保護動作的統(tǒng)計情況進行分析，查找故障類型，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。

在發(fā)電廠廠用電保護系統(tǒng)中，通過建立定值單模塊來實現(xiàn)整定計算模塊的配合應用，定值單的流轉(zhuǎn)過程具體實現(xiàn)方式如圖2所示。通過生成定制單后進入管理程序進行定值單的計算管理，也可以通過手動輸入定值項的定值和CT、PT等信息到定值單管理程序中，實現(xiàn)定值單的生成。繼電保護管理是通過通知單的管理過程來反映的。生成的通知單通過審核人員批準后下發(fā)執(zhí)行，通知原來的通知單作廢。通知單的使用，對發(fā)電廠廠用電保護的管理可以實現(xiàn)一體化的系統(tǒng)管理方式，具有較高的實用價值。

5 結(jié)語

隨著電力科學技術(shù)的發(fā)展，目前關(guān)于繼電保護整定的研究日益增多，保護定值的整定已經(jīng)成為電力系統(tǒng)正常工作的重要過程，是做好繼電保護配置工作，滿足電網(wǎng)正常運行的基本保障。目前我國電力系統(tǒng)主設備生產(chǎn)廠家較多并且復雜，發(fā)電廠廠用電保護的方案也會各不相同，目前微機保護的定值整定的工作量較大，需要依賴相關(guān)的工作人員進行整定系統(tǒng)的研發(fā)和應用工作。

參考文獻

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