雷 寧，黃 超，李 江

(蘇州熱工研究院有限公司，廣東 深圳 518124)

0 引言

目前，過流保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)在電力行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，但是某電廠采用兩機(jī)并聯(lián)的擴(kuò)大單元接線方式的發(fā)電機(jī)，按以上原理配置的保護(hù)卻存在無選擇性的問題。針對此問題提出改進(jìn)方案，以消除并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)誤跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。

1 擴(kuò)大單元接線方式保護(hù)配置

為了提高供電可靠性，適應(yīng)機(jī)組靈活的啟停需求，某大型電廠的重要敏感設(shè)備需要通過擴(kuò)大單元接線方式的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供電。每臺發(fā)電機(jī)均配置1臺斷路器和1套單獨(dú)的保護(hù)裝置，以確保單臺機(jī)組運(yùn)行、檢修或者是故障工況下，不會(huì)對另外一臺機(jī)組有影響，其配置如圖1所示。

圖1 擴(kuò)大單元接線保護(hù)配置

該電廠2臺發(fā)電機(jī)組分別配置過電流速斷保護(hù)、過電流延時(shí)保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、逆功率保護(hù)、過壓保護(hù)、勵(lì)磁保護(hù)以及斷路器過流速斷和過流延時(shí)保護(hù)。擴(kuò)大單元接線保護(hù)定值單如表1所示。

2 保護(hù)配置問題分析

由于擴(kuò)大單元接線方式存在單臺機(jī)組運(yùn)行或2臺機(jī)組運(yùn)行的方式，方向元件難以整定，故未配置。2臺機(jī)組之間過流速斷保護(hù)、斷路器過流速斷保護(hù)無時(shí)間和方向選擇的配合，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作無選擇性，將會(huì)引起非故障機(jī)組誤跳閘風(fēng)險(xiǎn)，屆時(shí)將會(huì)引起2臺發(fā)電機(jī)同時(shí)跳閘，2路電源同時(shí)失電。

表1 擴(kuò)大單元接線保護(hù)定值單

例如，當(dāng)發(fā)電機(jī)A內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，其差動(dòng)保護(hù)、過流速斷保護(hù)以及發(fā)電機(jī)B的過流速斷保護(hù)和斷路器本體的速斷保護(hù)均會(huì)瞬間動(dòng)作，屆時(shí)將跳開發(fā)電機(jī)A和B出口斷路器，導(dǎo)致下游設(shè)備的供電可靠性得不到保證。

3 保護(hù)配置優(yōu)化方案

針對2臺機(jī)組保護(hù)配置無選擇性動(dòng)作的缺陷進(jìn)行優(yōu)化，并制定了以下2種方案：

(1) 取消過流速斷保護(hù)和斷路器速斷保護(hù)；

(2) 取消過流速斷保護(hù)和斷路器速斷保護(hù)，增加母差保護(hù)。

對2種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析、對比，如表2所示。通過表2可以看出，方案1較方案2更為簡單可行，可保證保護(hù)裝置有選擇性地跳開故障回路，但需要對發(fā)電機(jī)、電纜和母排的熱穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)。

3.1 發(fā)電機(jī)的熱穩(wěn)定校驗(yàn)

發(fā)電機(jī)的短路電流：

式中：Ik為穩(wěn)態(tài)短路電流，A；為暫態(tài)短路電流，A；為次暫態(tài)短路電流，A；SB為發(fā)電機(jī)容量，kVA；UN為發(fā)電機(jī)額定電壓，V。

表2 保護(hù)配置優(yōu)化方案對比

查詢發(fā)電機(jī)產(chǎn)品手冊：穩(wěn)態(tài)電抗Xd=0.800；暫態(tài)電抗=0.122 8；次暫態(tài)電抗=0.093；SB=400 kVA；UN=260 V。

因此，當(dāng)發(fā)生差動(dòng)保護(hù)區(qū)外故障時(shí)，若保護(hù)動(dòng)作時(shí)間設(shè)置為0.4 s并考慮斷路器全開斷時(shí)間為0.2 s。

短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)估算：

式中：Qt為短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，kA2·s；Qz為短路電流周期分量引起的熱效應(yīng)，kA2·s；Qf為短路電流非周期分量引起的熱效應(yīng)，kA2·s；t1為非周期分量等效時(shí)間，s；t2為保護(hù)動(dòng)作分?jǐn)鄷r(shí)間，s。

發(fā)電機(jī)能承受的熱效應(yīng)為：

式中：Ith為沖擊電流，A；tth為沖擊電流持續(xù)時(shí)間，s。

根據(jù)發(fā)電機(jī)廠家資料：Ith=3IN；tth=2 s。

因?yàn)槎搪冯娏鳟a(chǎn)生的熱效應(yīng)Qt小于發(fā)電機(jī)能承受的熱效應(yīng)Q，所以當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，能夠保證發(fā)電機(jī)的安全。

3.2 電纜的熱穩(wěn)定校驗(yàn)

當(dāng)Qt為1.79 kA2·s時(shí)，電纜最小截面積為：

其中c=137(銅芯電纜)。

現(xiàn)場所選用的電纜截面為150 mm2，可以滿足熱穩(wěn)定要求。

3.3 母線的熱穩(wěn)定校驗(yàn)

核算母線熱穩(wěn)定性，確保發(fā)生短路時(shí)，母線能夠滿足熱穩(wěn)定要求。通過查找發(fā)電機(jī)出口斷路器柜產(chǎn)品資料，母線短路耐受電流為50 kA，峰值耐受電流為105 kA，由計(jì)算得出穩(wěn)態(tài)短路電流Ik=1.11 kA；暫態(tài)短路電流=7.23 kA；次暫態(tài)短路電流=9.55 kA，母線滿足熱穩(wěn)定要求。

綜上所述，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)區(qū)外出現(xiàn)過流故障時(shí)，發(fā)電機(jī)、斷路器、母線等元件均可承受0.4 s的短路電流。因此，取消2臺發(fā)電機(jī)的過流速斷保護(hù)和斷路器速斷保護(hù)的方案可行。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路故障時(shí)由差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，由過電流定時(shí)限保護(hù)以及出口斷路器的2段定時(shí)限保護(hù)作為后備保護(hù)。

4 區(qū)內(nèi)/區(qū)外故障狀態(tài)下保護(hù)動(dòng)作分析

差動(dòng)保護(hù)具有明確的選擇性，可依據(jù)差動(dòng)電流為判據(jù)來識別故障范圍，當(dāng)出現(xiàn)單臺發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障或者是差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)電流互感器之間發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)差動(dòng)電流突然增大，將會(huì)瞬時(shí)跳開該臺發(fā)電機(jī)的出口斷路器，此時(shí)2臺發(fā)電機(jī)的過流保護(hù)裝置均不會(huì)動(dòng)作，不會(huì)影響另一臺發(fā)電機(jī)的正常工作。當(dāng)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)區(qū)外故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置檢測到CT1與CT3之間無差流，不會(huì)動(dòng)作。2臺發(fā)電機(jī)的過流保護(hù)延時(shí)0.4 s后動(dòng)作，分別跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器，此時(shí)差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

5 結(jié)束語

對擴(kuò)大單元接線方式的發(fā)電機(jī)單元保護(hù)配置存在的無選擇性缺陷進(jìn)行了分析，提出了2種解決方案。比較后，選擇了取消發(fā)電機(jī)過流速斷保護(hù)和斷路器速斷保護(hù)，保留原有其他保護(hù)的方案。優(yōu)化后的保護(hù)配置克服了原保護(hù)配置中過流速斷保護(hù)和斷路器速斷保護(hù)不具有選擇性的缺點(diǎn)，消除了單臺機(jī)組故障時(shí)跳開所有機(jī)組的風(fēng)險(xiǎn)，確保了重要敏感設(shè)備供電的可靠性。