王 旅 許雙斌
(湖北華電襄陽發(fā)電有限公司,湖北 襄陽 441141)
大型火電廠6kV廠用分支保護(hù)整定方案
王 旅 許雙斌
(湖北華電襄陽發(fā)電有限公司,湖北 襄陽 441141)
以某大型火電廠6kV廠用電系統(tǒng)接線為例,詳細(xì)闡述了6kV廠用分支保護(hù)整定原則,當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時,應(yīng)及時調(diào)整相關(guān)分支的保護(hù)定值。
6kV;廠用電系統(tǒng);保護(hù)整定
某大型火電廠裝機(jī)容量4×330MW,220kV系統(tǒng)電氣主接線為雙母雙分段帶旁母,#1、#2機(jī)組及#1起備變運(yùn)行于220kVⅠ母或Ⅱ母,#3、#4機(jī)組及#2起備變運(yùn)行于220kVⅢ母或Ⅳ母。廠用電系統(tǒng)一次接線如圖1所示。
上述廠用電系統(tǒng)接線具有如下特點(diǎn)。
1)機(jī)組負(fù)荷與公用負(fù)荷嚴(yán)格分開,機(jī)組負(fù)荷由高廠變供電,公用負(fù)荷由#1、#2起備變供電。機(jī)組負(fù)荷接于6kV工作1A、1B—4A、4B段,公用負(fù)荷接于6kV公用1A、1B和2A、2B段,圖中#2、#4機(jī)組接線未畫出。
2)公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF17、QF18斷開時,#1、#2起備變帶各自公用段運(yùn)行,同時通過QF5—QF8作為本單元兩臺機(jī)組的起動/備用電源。任意一臺起備變?nèi)?1起備變停電檢修時,#2起備變通過QF17、QF18帶公用1A、1B段運(yùn)行,同時作為全廠4臺機(jī)組的起動/備用電源。
3)公用系統(tǒng)中任意一臺設(shè)備檢修或保護(hù)校驗,均不會影響其他設(shè)備運(yùn)行。
圖1 廠用電系統(tǒng)一次接線
高廠變:40/25/25MVA,20/6.3/6.3kV,1154.7/ 2291/2291A,半穿越阻抗為0.166(40MVA,p.u.)。起備變:50/31.5/31.5MVA,230/6.3/6.3kV,125.5/ 2886.8/2886.8A,半穿越阻抗為0.213(50MVA,p.u.)。若將高廠變和起備變高壓側(cè)看成無窮大電源系統(tǒng),則低壓側(cè)兩相金屬性短路電流計算值分別為 19.124kA和18.630kA。
各廠用分支保護(hù)配置見表 1,同一分支兩套保護(hù)電流量接入的是同一二次繞組,限時速斷和復(fù)壓過流保護(hù)分別反應(yīng)6kV系統(tǒng)金屬性和經(jīng)過渡電阻相間短路故障。
表1 廠用分支保護(hù)配置表
鍋爐給水系統(tǒng)配置了兩臺50%容量汽泵和一臺50%容量電泵,運(yùn)行中若一臺汽泵跳閘,電泵將自動聯(lián)動(邏輯在DCS中實現(xiàn))。6kV工作段上最大電動機(jī)為電泵,接于6kV工作1B—4B段,額定電流Id=615A,電泵帶50%負(fù)荷時,實測電流為550A。電泵起動電流倍數(shù)取堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)上限(6.5倍)[2],起動電流Istmax=6.5Id=3998A。6kV 公用段上最大電動機(jī)為濕式球磨機(jī),接于6kV公用1B段,額定電流為77A,起動電流
機(jī)組工作/備用分支負(fù)荷電流實測值見表 2。工況1:機(jī)組滿負(fù)荷(330MW),兩臺汽泵運(yùn)行,電泵備用。工況 2:機(jī)組開機(jī)狀態(tài),發(fā)電機(jī)已經(jīng)并網(wǎng),廠用電即將切換(對應(yīng)機(jī)組負(fù)荷100MW左右),一臺汽泵運(yùn)行,電泵備用。
表2 機(jī)組工作/備用分支負(fù)荷電流實測值
機(jī)組工作分支Ifhmax:考慮滿負(fù)荷工況下,一臺汽泵退出運(yùn)行,另外一臺汽泵和電泵各帶50%負(fù)荷,(B段),該工況在實際運(yùn)行中很常見,且計算值與實測值相差不大。機(jī)組備用分支:工況2下,考慮兩臺汽泵退出運(yùn)行,電泵帶負(fù)荷直至廠用電切換,1291A(B段),該工況在實際運(yùn)行中不常見。
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公用各段計算容量和計算電流見表 3。全廠負(fù)荷最大時,公用負(fù)荷不一定最大,要準(zhǔn)確實測最大公用負(fù)荷非常困難,也不現(xiàn)實。據(jù)統(tǒng)計,公用1A、1B段負(fù)荷電流不超過 250A,據(jù)此估算公用各段最大負(fù)荷電流為該段計算電流的35%,按此假定公用各段負(fù)荷電流裕度約為80%。
表3 公用各段計算容量和計算電流
起備變備用分支If′′hmax:以計算If′hmax工況為準(zhǔn),考慮#1起備變停電檢修,此時流過QF8的負(fù)荷電流最大,If′′hmax=If′hmax+448A=1739A(B段)。以下保護(hù)整定計算中,可靠系數(shù)Krel取1.2,返回系數(shù)取0.9。
限時速斷保護(hù):電流元件Iop按以下兩種原則整定(取最大值):①按躲過 6kV工作母線上電動機(jī)自起動電流之和整定;②按躲過機(jī)組運(yùn)行中一臺汽泵跳閘,因電泵聯(lián)動而引起的分支過電流整定。原則一涉及到自起動系數(shù)的計算,對于機(jī)組工作分支,考慮外部故障切除后母線電壓恢復(fù)過程中的失壓自起動,對于機(jī)組備用分支,考慮廠用電切換過程中的帶負(fù)荷自起動。實際計算中,以原則二計算值為大。計算式Iop=Krel×(Istmax+ΣIfh),ΣIfh為除電泵外其余設(shè)備最大負(fù)荷電流之和。對于機(jī)組工作分支,取ΣIfh=1043A(工況1),Iop1=6049A。對于機(jī)組備用分支,取ΣIfh=741A(工況 2),Iop2= 5687A。復(fù)壓過流保護(hù):電流元件Io′p按躲過分支最大負(fù)荷電流Ie整定,對于機(jī)組工作分支,取Ie=Ifhmax=1593A;對于機(jī)組備用分支,取Ie=If′hmax=1291A。負(fù)序電壓元件和低電壓元件整定原則,可參照文獻(xiàn)[1]。
保護(hù)時限整定:依據(jù)文獻(xiàn)[3],6kV系統(tǒng)保護(hù)配合時間級差Δt一般為 0.3~0.5s,本例取Δt=0.5s。限時速斷延時按與6kV負(fù)荷(電動機(jī)、低廠變)主保護(hù)時限相配合整定,取0.5s。當(dāng)6kV負(fù)荷經(jīng)過渡電阻短路,短路電流介于復(fù)壓過流整定值與6kV負(fù)荷電流速斷整定值之間時,為保證保護(hù)動作的選擇性,復(fù)壓過流延時應(yīng)與6kV負(fù)荷最大后備保護(hù)時限相配合整定。電動機(jī)和低廠變配置有負(fù)序過流和過電流保護(hù),二者時限分別整定為0.5s/0.7s(定時限),復(fù)壓過流延時整定為0.7s+Δt=1.2s。
6.1 公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開(正常運(yùn)行方式)
6kV備用分支間采用共箱式母線連接,其阻抗相對于起備變阻抗可以忽略不計,公用系統(tǒng)中任意一點(diǎn)發(fā)生相間短路,短路電流差別很小。因此,對于起備變工作分支與備用分支、機(jī)組備用分支,只能從保護(hù)時限上滿足選擇性要求。
限時速斷保護(hù):對于起備變備用分支,電流元件Iop3按與機(jī)組備用分支限時速斷定值Iop2相配合整定,Iop3=Krel×Iop2=6824A。對于起備變工作分支,電流元件Iop4按與起備變備用分支限時速斷定值Iop3相配合整定,Iop4=Krel×Iop3=8189A。復(fù)壓過流保護(hù):電流元件計算式見式(1),對于起備變備用分支,取Ie=If′′hmax=1739A;對于起備變工作分支,取Ie=2886.8A。
6.2 公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘(非正常運(yùn)行方式)
任意一臺起備變停電檢修,公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘運(yùn)行,以#1起備變停電檢修為例,QF17、QF18合閘,QF1、QF2斷開。QF5、QF6作為6kV公用1A、1B段進(jìn)線電源,其保護(hù)定值應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。限時速斷電流元件按躲過濕式球磨機(jī)啟動工況整定,其值近似等于Krel×(448A+Is′tmax)=1.2×(448A+501A)= 1139A。復(fù)壓過流電流元件按躲過該分支最大負(fù)荷電流(451A)整定,其值等于1.2/0.9×451A=601A。限時速斷和復(fù)壓過流延時應(yīng)由1.0s和1.7s分別縮短為0.5s和1.2s,以便與6kV負(fù)荷保護(hù)時限相配合。
仍以#1起備變停電檢修為例,QF7、QF8作為公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)的上一級開關(guān),整定二者的限時速斷電流定值相同。該非正常運(yùn)行方式下,QF5、QF6限時速斷時限縮短為 0.5s,QF7、QF8限時速斷時限維持1.0s不變,整定公用聯(lián)絡(luò)開關(guān)限時速斷時限為(0.5s+1.0s)/2=0.75s,這樣可避免因運(yùn)行方式變化而頻繁更改保護(hù)時限,同時又使保護(hù)滿足選擇性要求。
表4 保護(hù)定值匯總表
保護(hù)定值匯總表見表4,括號內(nèi)定值適用于一臺起備變停電檢修的非正常運(yùn)行方式。需要說明的是,在保護(hù)靈敏度滿足要求的前提下,同一或相近設(shè)備的A、B兩段定值整定相同(取最大值),這主要是為了方便技術(shù)管理。
整定復(fù)壓過流保護(hù)時,電流元件最好按躲過該分支最大負(fù)荷電流整定,計算最大負(fù)荷電流時,應(yīng)盡可能考慮各種運(yùn)行方式,包括一些極限運(yùn)行工況。處于基建階段的火電廠,無法實測廠用分支負(fù)荷電流,機(jī)組工作/備用分支最大負(fù)荷電流可取高廠變低壓繞組額定電流的70%和55%。
對于機(jī)組工作/備用分支,限時速斷電流元件按鍋爐給水系統(tǒng)運(yùn)行方式整定,未與電泵電流速斷定值相配合整定,因二者在保護(hù)時限上已經(jīng)得到了配合,保護(hù)靈敏度分別為3.16和3.28。若電流元件按與電泵電流速斷定值(10Id)相配合整定,則起備變備用/工作分支限時速斷整定值將增大至 9922A和 11907A(計算過程略),保護(hù)靈敏度為 1.88和1.56,不滿足要求。
起備變工作分支限時速斷和復(fù)壓過流延時分別整定為1.5s和2.2s,當(dāng)6kV公用母線發(fā)生短路故障時,保護(hù)需經(jīng)1.5~2.2s才能切除故障,故障切除時間明顯過長。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式過于靈活時,為保證選擇性要求,必然以犧牲快速性為代價,這是不可避免的。
對于接線復(fù)雜的6kV廠用電系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)機(jī)組和系統(tǒng)實際運(yùn)行方式,來確定廠用分支保護(hù)整定原則。
[1]能源部西北電力設(shè)計院編.電力工程電氣設(shè)計手冊(電氣二次部分)[K].北京:中國電力出版社.
[2]GB/T 13957—2008.大型三相異步電動機(jī)基本系列技術(shù)條件[S].
[3]DL/T 584—2007.3kV~110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程[S].
王 旅(1970-),男,湖北松滋人,本科,工程師,主要從事電氣二次專業(yè)技術(shù)管理工作。