熱電聯(lián)產(chǎn)用戶電房過流保護(hù)整定

甄煒榆

（江門電力設(shè)計(jì)院有限公司開平分公司，廣東開平 529300）

1 項(xiàng)目背景

誠信再生資源有限公司位于某市工業(yè)園區(qū)，占地面積約為75 087 m2。該公司主要處理含銅的污泥，經(jīng)過粉碎、烘干、加入配料等步驟后，進(jìn)行制磚或壓球。隨后對制好的磚或球進(jìn)行熔煉，同時(shí)對熔煉過程中產(chǎn)生的廢煙氣體進(jìn)行煙氣處理。為了完成這些步驟，誠信公司需要使用大量水泵和風(fēng)機(jī)，以及大功率的制氧設(shè)備來生產(chǎn)氧氣。

此外，該公司還利用熔煉和煙氣產(chǎn)生的余熱進(jìn)行發(fā)電，以達(dá)到節(jié)能的目的。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，誠信公司需使用水處理設(shè)備以及大量輔助設(shè)備，因此需要消耗大量電力。該公司主要產(chǎn)品是銅錠。

2 配電工程及保護(hù)布局

誠信公司電源由220 kV 百花站通過專用10 kV 高興線供電，線路未端#138塔為供電局與用戶的產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)，該處安裝了自動化138T1開關(guān)，該開關(guān)產(chǎn)權(quán)屬供電局，定值由供電局整定，主要定值參數(shù)是：保護(hù)均不投方向，過流1段2 000 A 0.1 s，過流2段800 A 0.35 s，零序過流1段50 A 0.35 s，退出重合閘。138T1開關(guān)后的設(shè)備保護(hù)定值均需與之相匹配[1]。

產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)后建設(shè)有10 kV 誠信專用開關(guān)站及10 kV 中心（配變?nèi)萘?600 kVA）、熔煉專用（配變?nèi)萘? 000 kVA）、空壓站專用（配變?nèi)萘? 250 kVA）、循環(huán)水專用（配變?nèi)萘? 500 kVA）、電機(jī)專用（電機(jī)總?cè)萘? 560 kW）等共5 個(gè)配電站，10 kV 余熱（5 000 kW）發(fā)電站。開關(guān)站及配電站進(jìn)出線均安裝了繼電保護(hù)。

定值整定需要大量的短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)，為了方便和準(zhǔn)確，文章使用某仿真軟件進(jìn)行計(jì)算。

具體步驟如下：①在軟件上建立與現(xiàn)場電網(wǎng)完全一致的模型。該模型應(yīng)包含所有線路參數(shù)、變壓器容量等詳細(xì)信息，以確保能夠準(zhǔn)確反映現(xiàn)場實(shí)際情況。②利用該模型計(jì)算出所需場景的短路電流。這些短路電流數(shù)據(jù)將用于定值整定過程，以確定繼電保護(hù)的正確設(shè)定值。③通過使用仿真軟件進(jìn)行計(jì)算，可以極大提高整定的準(zhǔn)確性和效率。需要注意的是，仿真軟件只能模擬現(xiàn)場的情況，可能與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果存在一些差異。因此，在整定時(shí)仍需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和修正。

圖1 所示是百花站大運(yùn)行方式，發(fā)電機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行下，誠信專用開關(guān)站母線三相短路電流為3.953 kA，其中由系統(tǒng)供給2.098 kA，由發(fā)電機(jī)供給1.89 kA。由于篇幅的限制下面直接引用計(jì)算數(shù)據(jù)，不再貼出計(jì)算結(jié)果。

3 對誠信專用開關(guān)站各類型出線進(jìn)行分步計(jì)算

由于誠信專用開關(guān)站涉及的設(shè)備較多，涉及電源進(jìn)線、配電變壓器出線、電動機(jī)出線，發(fā)電機(jī)出線等，下面每類各選一套保護(hù)進(jìn)行分別說明。

3.1 配電變壓器出線類，選10 kV循環(huán)水專用出線609開關(guān)保護(hù)

說明：一般來說609開關(guān)保護(hù)應(yīng)與配電站的變壓器高壓側(cè)801開關(guān)保護(hù)配合，由于供電局將高興線自動化138T1開關(guān)定值已整定到相當(dāng)靈敏，按摘要提到的原則，采取壓縮級差來配合整定，考慮到609開關(guān)跳閘與801開關(guān)跳閘效果的影響相同，所以將這兩開關(guān)整定原則相仿。

3.1.1 過流1段整定

應(yīng)動作條件為保護(hù)所帶的循環(huán)水專用2 500 kVA變（以下簡稱“保護(hù)所帶配變”）發(fā)生內(nèi)部故障保護(hù)必須動作。不應(yīng)動作條件為百花站大運(yùn)行方式及發(fā)電機(jī)正常發(fā)電下（下文簡稱誠信大方式），如保護(hù)所帶配變發(fā)生低壓母線三相短路，這種情況下低壓出線開關(guān)速斷跳閘，配變高壓開關(guān)過流1段保護(hù)電流值不能達(dá)到。整定：1.3×1 250=1625 A，時(shí)間取0 s。

保護(hù)靈敏度校驗(yàn)：百花站最小運(yùn)行方式及發(fā)電機(jī)組停運(yùn)下（下簡稱：誠信小方式），保護(hù)所帶配變10 kV 套管處發(fā)生兩相故障短路電流最小。通過計(jì)算為1 842 A，這時(shí)靈敏系數(shù)為1 842/1625=1.13，不滿足靈敏系數(shù)≥1.3 的要求，所以過流1 段要按1 842/1.3=1 417 A 整定，這時(shí)保護(hù)才能滿足靈敏系數(shù)的規(guī)定[2]。

小結(jié)：過流1段電流取1417 A，時(shí)間取0 s。

3.1.2 過流2段詳細(xì)整定情況

應(yīng)動作條件為包括誠信小方式，保護(hù)所帶配變發(fā)生內(nèi)部故障，保護(hù)必須動作。不應(yīng)動作條件為保護(hù)所帶的配變帶正常負(fù)荷運(yùn)行。

整定：①計(jì)算2 500 kVA 額定電流=2 500/1.732/10=144.34 A；②過流2段=1.3×1.2×144.34/0.95=237 A，其中1.3是可靠系數(shù)[3]，1.2負(fù)荷自啟動系數(shù)，0.95是繼電器返回系數(shù)。

保護(hù)靈敏度校驗(yàn)：按誠信小方式配變低壓側(cè)母線兩相短路故障來校驗(yàn)，通過計(jì)算得出故障電流為993 A，計(jì)算出靈敏系數(shù)為993/237=4.18，靈敏系數(shù)≥1.3滿足要求。

小結(jié)：過流2段電流取237 A，時(shí)間取0.2 s。

3.2 電動機(jī)出線類，選10 kV-1 250 kW-#1電機(jī)出線613開關(guān)保護(hù)

說明：10 kV 的1 250 kW 電機(jī)屬中小型電機(jī)，一般采用直接啟動方式。相對負(fù)荷電流而言，電機(jī)啟動電流大、持續(xù)時(shí)間長，這是過流保護(hù)時(shí)間取值較長的原因。

3.2.1 過流1段整定

應(yīng)動作條件為誠信小方式電動機(jī)故障及連接613開關(guān)未端電纜兩相故障，保護(hù)應(yīng)可靠動作。不應(yīng)動作條件為誠信大方式下電動機(jī)正常啟動保護(hù)不動作。

保護(hù)按經(jīng)驗(yàn)值整定：

式中，Krel為可靠系數(shù)，取1.4～1.6；INM為電動機(jī)的額定電流；Kss為電動機(jī)的啟動倍數(shù)，異步電動機(jī)直接啟動取6。

保護(hù)靈敏度校驗(yàn)：應(yīng)動條件下的兩相短路電流為1 842 A，靈敏系數(shù)為1 842/758=2.43，靈敏系數(shù)≥1.3滿足要求。

小結(jié)：過流1段電流取758 A，時(shí)間取0.1 s。

3.2.2 過流2段整定

應(yīng)動作條件及不應(yīng)動作條件同上，保護(hù)按經(jīng)驗(yàn)值整定：

式中，Krel為可靠系數(shù)，取1.4～1.6；INM為電動機(jī)的額定電流；Kss為電動機(jī)的啟動倍數(shù)，異步電動機(jī)直接啟動取2。

小結(jié)：過流2段電流取152 A 時(shí)間取1 s。

3.3 發(fā)電機(jī)出線類，選發(fā)電機(jī)總開關(guān)603開關(guān)保護(hù)

說明：發(fā)電機(jī)出線開關(guān)整定需同時(shí)考慮系統(tǒng)故障電流及發(fā)電機(jī)輸送到故障點(diǎn)電流，遇到整定困難，可以考慮帶上方向原件。規(guī)程規(guī)定對1 MW 以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)。因本例發(fā)電機(jī)為5 MW，所以應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)，而兩段過流為后備保護(hù)。

應(yīng)動作條件為：①當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障（如定子相間短路），系統(tǒng)故障電流就會送入發(fā)電機(jī)，這時(shí)應(yīng)迅速切除發(fā)電機(jī)。②當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障（如高興線線路發(fā)生故障），發(fā)電機(jī)會向故障點(diǎn)輸送電流，當(dāng)輸送電流超過額定電流并持續(xù)一定時(shí)間后發(fā)電機(jī)也會損壞，所以發(fā)電機(jī)出口保護(hù)整定也應(yīng)考慮到這種情況。不應(yīng)動作條件為在百花站最小運(yùn)行方式下，誠信專用開關(guān)站的最大配變（即循環(huán)水專用2 500 kVA 變）發(fā)生低壓母線三相短路（經(jīng)計(jì)算此時(shí)發(fā)電機(jī)送出的電流最大為591 A），這種情況下低壓出線開關(guān)速斷跳閘，而不應(yīng)達(dá)到過流1或2段的電流值。

3.3.1 過流1段整定

按上述應(yīng)動作條件，在百花站最小運(yùn)行方式及發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行下，發(fā)生發(fā)電機(jī)定子出口處兩相故障，這時(shí)系統(tǒng)供給的故障電流最小為1 864 A，而發(fā)電機(jī)供給故障點(diǎn)的電流是1 588 A，因?yàn)橐ＷC該情況能動作。過流1段整定：1 588/1.3=1 222 A，時(shí)間取0.1 s。這個(gè)整定兩個(gè)方向的電流保護(hù)都會動作。保護(hù)靈敏度校驗(yàn)：略，因?yàn)檫@也是保護(hù)整定條件。

不應(yīng)動作情況：在百花站最小運(yùn)行方式及發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行下，誠信專用開關(guān)站的最大配變發(fā)生低壓母線三相短路，發(fā)電機(jī)送出的電流最大為591 A，這電流小于過流1段電流值，所以過流1段不會動作。

小結(jié)：過流1段電流取1 222 A 時(shí)間取0.1 s。

3.3.2 過流2段整定

應(yīng)動作條件及不應(yīng)動作條件同上，過流2 段整定原則是躲發(fā)電機(jī)最大負(fù)荷電流。發(fā)電機(jī)額定電流5 000/0.8/10.5/1.732=344 A，過流2段整定：發(fā)電機(jī)額定電流344×1.5=516 A，時(shí)間取0.6 s。

不應(yīng)動作情況：在百花站最小運(yùn)行方式及發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行下，誠信專用開關(guān)站的最大配變發(fā)生低壓母線三相短路，發(fā)電機(jī)送出的電流最大為591 A，雖然該電流大于2段電流值，但配變0.4 kV 側(cè)母線出線開關(guān)出口時(shí)間為0 s，小于過流2段時(shí)間值，所以不會誤動作。

3.4 發(fā)電機(jī)出線類，誠信專用開關(guān)站發(fā)電出線611開關(guān)保護(hù)

說明：611開關(guān)或發(fā)電機(jī)出線603開關(guān)是串聯(lián)供電線路，斷開發(fā)電機(jī)支路611開關(guān)或發(fā)電機(jī)出線603開關(guān)后果基本一樣，如果按逐級配合的原則將過分延長電源側(cè)保護(hù)的動作時(shí)間，按相關(guān)規(guī)定可作不配合點(diǎn)處理，以減少配合的級數(shù)，縮短動作時(shí)間。為壓縮保護(hù)級差611開關(guān)和603開關(guān)兩套過流保護(hù)整定相同。

另外，在611開關(guān)處還安裝了一套防孤島保護(hù)。大部分的定值是按經(jīng)驗(yàn)值整定，具體如下：①頻率保護(hù)，低頻跳閘48.5 Hz 0.2 s、過頻跳閘51 Hz 0.2 s。②電壓保護(hù)，低流閉鎖低壓跳閘89 V 0.5 s、過壓跳閘111 V 0.2 s。

3.5 電源進(jìn)線類，誠信專用開關(guān)站進(jìn)線601開關(guān)保護(hù)

應(yīng)動作條件為誠信小方式，誠信專用開關(guān)站10 kV 母線二相故障應(yīng)可靠動作。不應(yīng)動作條件為在誠信大方式下，每臺配變低母線的故障都不能達(dá)到過流1段電流值。

過流1 段整定，按上面提到的不應(yīng)動作條件整定，分別計(jì)算每臺配變0.4 kV 母線的短路電流，得循環(huán)水專用2 500 kVA 變0.4 kV 側(cè)短路電流33.48 kA 最大，折算到10 kV 側(cè)電流為26 815×0.4/10.5=1 022 A，1 022×1.3=1 329 A。比609 開關(guān)過流1 段1 417 A 小，所以過流1段1 417 A，0.1s，且比138T1開關(guān)過流1段2 000 A 小，滿足要求。

保護(hù)靈敏度校驗(yàn)：按上述的應(yīng)動作條件計(jì)算出來自百花站的故障電流是1 908 A，靈敏系數(shù)1 908/1 417=1.34，靈敏系數(shù)≥1.3滿足要求。

過流2 段整定原則：按躲本開關(guān)保護(hù)所帶最大負(fù)荷電流整定。Idz2≥Kk×Igfh式中：Kk為可靠系數(shù)，要求Kk≥1.3。誠信專用開關(guān)站總荷有：中心專用變1 600 kVA+循環(huán)水專用變2 500 kVA+熔煉專用變1 000 kVA+空壓站專用變1 250+電動機(jī)（1 800 kW×2+355 kW×2+1 250 kW）共約11 910 kVA，折算為Igfh=11 910/10/1.732=688 A，過流2段：1.3×688=893 A大于138T1開關(guān)過流2段800 A 0.35 s 定值，按照下級服從上級的整定原則。過流2段：800 A，0.2 s。

4 結(jié)束語

在電流保護(hù)定值的整定方面，已經(jīng)存在大量專業(yè)介紹。然而，這些資料存在兩極分化的現(xiàn)象，一些資料只是宏觀地介紹了保護(hù)定值的理念和要求，而另一些資料則只關(guān)注計(jì)算過程，卻未詳細(xì)說明為何要這樣計(jì)算。因此，網(wǎng)上的現(xiàn)有資料往往很難滿足工程的實(shí)際需求。并且在實(shí)際應(yīng)用中，所面臨的制約因素遠(yuǎn)比書本上所提到的要多得多。盡管網(wǎng)上可以查找到一些相關(guān)知識點(diǎn)，但其通常比較分散且缺乏針對性。因此，文章整理了個(gè)人應(yīng)用實(shí)例并加以分析，以供相關(guān)學(xué)者參考。