關(guān)于化工企業(yè)電氣繼電保護(hù)配置方案的研究與討論

劉飛

摘要：對于化工企業(yè)來說，繼電保護(hù)是保證電力供應(yīng)安全的重要措施，在化工企業(yè)的發(fā)電、配電和變電等方面發(fā)揮著不可替代的重要作用。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和化工企業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量越來越大，繼電保護(hù)的重要作用日益突出。本文居于此以山西天脊煤化工集團(tuán)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)為例探討了電氣繼電保護(hù)方案，首先對山西天脊煤化工集團(tuán)及電力系統(tǒng)進(jìn)行了概述，然后指出了繼電保護(hù)的基本含義及主要任務(wù)，并在此基礎(chǔ)上以天脊集團(tuán)電力系統(tǒng)為例論述了化工電氣繼電保護(hù)的裝設(shè)原則，最后分析并確定了典型線路分支系統(tǒng)保護(hù)方案。

關(guān)鍵詞：化工電氣 繼電保護(hù)方案 討論

中圖分類號： TM743 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號1672-3791（2015）06（a）-0000-00

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的化工企業(yè)的規(guī)模越來越大，這使得用電的需求越來越大，同時(shí)也對用電安全提出了更大的挑戰(zhàn)?；る姎獾睦^電保護(hù)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，其正常的運(yùn)行受到多種因素的影響，因而在實(shí)際的運(yùn)行過程中存在著很多的問題[1]。為了使化工企業(yè)的用電安全得到有效的保證，我們必須要加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)的研究和創(chuàng)新，明確繼電保護(hù)的基本含義及主要任務(wù)，提出合理的化工電氣繼電保護(hù)方案，只有這樣才能有效保證化工企業(yè)供電系統(tǒng)的安全。

1山西天脊煤化工集團(tuán)及電力系統(tǒng)簡介

山西天脊煤化工集團(tuán)股份有限公司（以下簡稱天脊集團(tuán)）是上世紀(jì)八十年代初建設(shè)的我國第一個以煤為原料生產(chǎn)高效復(fù)合肥的大型企業(yè)，經(jīng)過三十年的發(fā)展，公司的產(chǎn)能及產(chǎn)品種類已發(fā)生了很大的變化，現(xiàn)在合成氨產(chǎn)量已達(dá)年產(chǎn)45萬噸，硝酸年產(chǎn)108萬噸，硝銨年產(chǎn)40萬噸，苯胺年產(chǎn)26萬噸，目前已形成以硝酸磷肥為主，集有機(jī)化工、煤炭深加工、精細(xì)化工等為一體，多產(chǎn)品、跨地域的大型煤化工集團(tuán)。

天脊集團(tuán)電力系統(tǒng)通過閆化線（14.83km）和潞化線（12.572km）兩條110KV架空線路與山西長治電網(wǎng)相連接。總降壓站設(shè)置3臺主變壓器，分別為1#主變40MVA、2#主變37.5MVA、3#主變37.5MVA，兩臺6KV熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組（余熱發(fā)電）分別為1#發(fā)電機(jī)16MW，2#發(fā)電機(jī)30MW。

2繼電保護(hù)的基本含義及主要任務(wù)

2.1基本含義

繼電保護(hù)是指當(dāng)電力供應(yīng)系統(tǒng)的某些設(shè)備和元件發(fā)生了故障時(shí)，自動將發(fā)生故障的設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，同時(shí)發(fā)出警報(bào)信號，將相關(guān)的故障控制在最小范圍內(nèi)，避免其他設(shè)備受到不良的影響[2]。因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力供應(yīng)系統(tǒng)的重要組成部分，它對于整個電力供應(yīng)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定發(fā)揮著不可或缺的重要作用，隨著電力系統(tǒng)的日趨擴(kuò)大和復(fù)雜，對繼電保護(hù)系統(tǒng)的要求越來越高。

2.2主要任務(wù)

繼電保護(hù)的主要任務(wù)大致可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)。首先，繼電保護(hù)系統(tǒng)可以將發(fā)生故障的設(shè)備在最短的時(shí)間內(nèi)從電力系統(tǒng)中切除，使其他的電力設(shè)備免受損害，從而保證沒發(fā)生故障的電力系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其次，繼電保護(hù)裝置還可以在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，以便迅速處理故障，盡快恢復(fù)供電。

3化工企業(yè)電氣繼電保護(hù)的裝設(shè)原則——以天脊集團(tuán)電力系統(tǒng)為例

天脊集團(tuán)110KV系統(tǒng)及6KV系統(tǒng)正常運(yùn)行方式為：總降110KV母線為單母分段并列運(yùn)行，潞化線供電，閆化線熱備；2#主變壓器與1#發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行；3#主變壓器與2#發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行；1#主變壓器獨(dú)立運(yùn)行。6KV系統(tǒng)： 01#變電所、02#變電所、22#變電所6KV母線為單母分段并列運(yùn)行。01#變電所與02#變電所聯(lián)絡(luò)線熱備（即621開關(guān)在運(yùn)行狀態(tài)，611開關(guān)熱備狀態(tài)）。04#變電所的運(yùn)行方式為：1#主變通過601-6012開關(guān)帶04#變II段負(fù)荷，01#變-04#變聯(lián)絡(luò)線帶04#變I段負(fù)荷，6011開關(guān)在熱備狀態(tài)。其具體的電力系統(tǒng)主接線如圖1所示。

圖1：天脊集團(tuán)電氣系統(tǒng)主接線圖

具體來說，天脊集團(tuán)電力系統(tǒng)的110KV閆化線和潞化線線路采用西門子原裝進(jìn)口7SA610距離保護(hù)，110KV水I線和水II線采用西門子原裝進(jìn)口7SJ62距離保護(hù)，主變差動保護(hù)采用西門子原裝進(jìn)口7UT61，主變后備保護(hù)采用南京南瑞NSP772，主變非電量保護(hù)采用南京南瑞NSP10，6KV發(fā)電機(jī)差動保護(hù)采用西門子原裝進(jìn)口7UM62，6KV高壓電動機(jī)保護(hù)采用南京南瑞NSP783，6KV變壓器保護(hù)采用南京南瑞NSP784，6KV線路保護(hù)采用南京南瑞NSP788。

3.1 6kV/400V配電變壓器保護(hù)裝設(shè)原則

依照DL400-91《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，首先，6kV/400V變壓器容量在400kVA以上時(shí)，需要裝設(shè)瓦斯保護(hù)；容量在400kVA以下時(shí)，不需裝設(shè)瓦斯保護(hù)。其次，變壓器容量在2000kVA以下時(shí)，裝設(shè)電流速斷保護(hù)；當(dāng)速斷保護(hù)靈敏度不夠時(shí)，需要驗(yàn)證保護(hù)在主要運(yùn)行方式下的靈敏度，如果仍然不滿足要求，可考慮不設(shè)該段保護(hù)。第三，變壓器應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)，當(dāng)過電流保護(hù)靈敏度不夠時(shí)，改裝低電壓啟動的過電流保護(hù)。第四，由于6kV側(cè)系統(tǒng)中性點(diǎn)采用小電阻接地方式，故變壓器應(yīng)裝設(shè)兩段式零序過電流保護(hù)。最后，變壓器容量在400kVA以上時(shí)，應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。

3.2 6kV側(cè)電動機(jī)保護(hù)裝設(shè)原則

依照DL400-91《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，首先， 6kV電動機(jī)（包括同步電機(jī)和異步電機(jī)）應(yīng)裝設(shè)相間短路保護(hù)。容量在2000kW以下時(shí)，裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)；容量在2000kW以上時(shí)，裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)。其次，6kV異步電動機(jī)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)；6kV同步電動機(jī)裝設(shè)反應(yīng)定子過負(fù)荷的失步保護(hù)。第三，同變壓器保護(hù)一樣，6kV電動機(jī)裝設(shè)兩段式零序過電流保護(hù)作為系統(tǒng)的接地保護(hù)。最后，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，同步電動機(jī)需要裝設(shè)低電壓保護(hù)。

3.3 6kV側(cè)線路保護(hù)裝設(shè)原則

依照DL400-91《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，首先，6kV側(cè)線路為防止相間短路故障，裝設(shè)延時(shí)電流速斷保護(hù)。其次，6kV側(cè)線路后備保護(hù)應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)；當(dāng)靈敏度不夠時(shí)，改裝低電壓起動的過電流保護(hù)。最后，同變壓器保護(hù)一樣，6kV側(cè)線路裝設(shè)兩段式零序過流保護(hù)作為系統(tǒng)的單相接地保護(hù)。

3.4 6kV側(cè)母線及母聯(lián)保護(hù)裝設(shè)原則

依照DL400-91《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，首先， 6kV側(cè)母線（01#、02#和04#變電所母線除外）的保護(hù)可利用上級線路的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。其次，母聯(lián)斷路器的保護(hù)應(yīng)與母線及母線上的元件保護(hù)綜合考慮。一般來說，如果母線裝設(shè)了母線保護(hù)（包括用電源回路的保護(hù)實(shí)現(xiàn)的母線保護(hù)或?qū)Ｓ媚妇€保護(hù)方式），則無需另外裝設(shè)母聯(lián)斷路器保護(hù)，可利用供電線路保護(hù)的第一段時(shí)限動作于母聯(lián)斷路器跳閘。第三，對于01#、02#和04#變電所母線，應(yīng)裝設(shè)延時(shí)電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)，當(dāng)過流保護(hù)靈敏度不夠時(shí)，改裝低電壓起動的過電流保護(hù)；另外，為反應(yīng)1#～4#主變壓器低壓側(cè)電纜的單相接地故障，應(yīng)裝設(shè)兩段式零序過流保護(hù)。最后，由于01#、02#變電所母線為雙側(cè)電源供電，為防止110kV側(cè)母線短路時(shí)主變低壓側(cè)母線開關(guān)誤動作，其延時(shí)速斷保護(hù)需裝設(shè)功率方向元件，方向?yàn)樯霞壘€路指向變電所母線。

4典型線路分支系統(tǒng)保護(hù)方案分析

6kV側(cè)電網(wǎng)中，01#變、02#變、04#變I母、04#變II母為四個相對獨(dú)立的系統(tǒng)。其中01#變和02#變?yōu)殡p電源供電（發(fā)電機(jī)和主變壓器），線路級數(shù)最多為兩級；04#變I母、04#變II母為單電源供電（主變壓器），線路級數(shù)最多為三級?；谝陨纤鲆约疤旒辜瘓F(tuán)所提供的資料中有關(guān)1#～4#主變壓器高低壓側(cè)后備保護(hù)的定值，可擬定出如下三套線路保護(hù)方案。

4.1方案I

對于04#變I母、04#變II母兩個系統(tǒng)，主變壓器低壓側(cè)I段保護(hù)的動作時(shí)限為0.8s，為實(shí)現(xiàn)下級線路與之相配合，若為三級線路，則第一級線路及其末端的母線開關(guān)I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.5s，第二級線路及其末端的母線開關(guān)I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.2s，第三級線路（編織袋廠母線饋出線）I段保護(hù)動作時(shí)限定為0s；若為兩級線路，第一級線路I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.5s，其末端的母線開關(guān)I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.2s，同時(shí)一次動作值上也要與上級線路形成配合，第二級線路（母線饋出線）I段保護(hù)動作時(shí)限定為0s。對于01#、02#兩個系統(tǒng)，主變壓器低壓側(cè)I段保護(hù)的動作時(shí)限為1.0s，母聯(lián)開關(guān)I段保護(hù)的動作時(shí)限為0.5s，故第一級線路及其末端的母線開關(guān)I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.2s，第二級線路（母線饋出線）I段保護(hù)動作時(shí)限定為0s。 此方案由于對線路和母線均實(shí)施了保護(hù)，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。但由于系統(tǒng)線路級數(shù)多，為形成時(shí)限上的配合，整定中很難保證保護(hù)之間的時(shí)限級差，故方案中三級線路的首末端開關(guān)動作時(shí)限相同，最末級線路與次末級之間的時(shí)限級差僅為0.2s（0.2s在規(guī)定上不能成為一個獨(dú)立級差），這無疑會增加保護(hù)誤動的可能性，擴(kuò)大停電范圍。

4.2方案II

考慮到三級線路中的編織袋廠I、II段母線所帶設(shè)備不多，為了能使三級線路中的第一級線路首末端開關(guān)保護(hù)形成配合，故犧牲編織袋廠設(shè)備故障時(shí)上級線路保護(hù)的選擇性，即第二級線路I段保護(hù)動作時(shí)限定為0s，線路末端的母線開關(guān)可不設(shè)保護(hù)；第一級線路I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.5s，其末端的母線開關(guān)I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.2s，同時(shí)一次動作值上也要與上級線路形成配合。其余的線路保護(hù)同方案I。顯然，此方案實(shí)現(xiàn)了三級線路的首末端開關(guān)之間的保護(hù)配合，但這是以犧牲末級線路的選擇性為代價(jià)的，這勢必會造成保護(hù)誤動，從而擴(kuò)大停電范圍。

4.3方案III

由于6kV側(cè)系統(tǒng)從01#、02#和04#母線以下均為單電源輻射狀電網(wǎng)，規(guī)定中可以無需裝設(shè)母線保護(hù)。因此，對于04#變I母、04#變II母兩個系統(tǒng)，若為三級線路，則第一級線路I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.5s，第二級線路I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.2s，第三級線路（編織袋廠母線饋出線）I段保護(hù)動作時(shí)限定為0s；若為兩級線路，第一級線路I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.5s，第二級線路（母線饋出線）I段保護(hù)動作時(shí)限定為0s。對于01#、02#兩個系統(tǒng)，第一級線路I段保護(hù)動作時(shí)限定為0.2s，第二級線路（母線饋出線）I段保護(hù)動作時(shí)限定為0s。相比較而言，由于未裝設(shè)母線保護(hù)，此方案是最簡單且經(jīng)濟(jì)的，但其問題就是降低了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，若運(yùn)行中母線發(fā)生故障，會破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，擴(kuò)大事故范圍。

綜上所述，可選用方案I對線路進(jìn)行保護(hù)整定。

5結(jié)語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的化工企業(yè)的規(guī)模越來越大，這使得用電的需求越來越大，同時(shí)也對用電安全提出了更大的挑戰(zhàn)。繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力供應(yīng)系統(tǒng)的重要組成部分，它對于整個電力供應(yīng)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定發(fā)揮著不可或缺的重要作用。因此我們要明確繼電保護(hù)的基本含義及主要任務(wù)，掌握繼電保護(hù)的裝設(shè)原則，分析和研究典型系統(tǒng)保護(hù)方案，努力提高繼電保護(hù)的水平，保證化工企業(yè)電力供應(yīng)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]篤 峻，胡紹謙，滕井玉，夏可青.數(shù)據(jù)源端維護(hù)技術(shù)在繼電保護(hù)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力自動化設(shè)備，2015，03：12-15.

[2]周賀.繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修管理研究與應(yīng)用[J].電子測試，2014，S2：154-156.

[3]梁技祿.電氣繼電器保護(hù)的故障及其維護(hù)技術(shù)探析[J].硅谷，2015，04：103+91.