（电气工程专业论文）发电厂厂用电保护配置及定值整定.pdf

a bs t r a c t p o w e rp l a n tp r o t e c t i o ns e t t i n gc a l c u l a t i o na n dc o n f i g u r a t i o ni sd i r e c t l yr e l a t e dt o t h ep l a n te q u i p m e n tn o r m a lr e l i a b i l i t y , a n dt h e na f f e c tt h es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo ft h e p l a n t a l o n gw i t ht h eq u i c kd e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y t h es i n g l e m a c h i n ec a p a c i t yo ft h eg e n e r a t o r ，t r a n s f o r m e ri no u rc o u n t r yc o n t i n u o u s l ye n l a r g e s a n dt h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e mi sd e v e l o p i n gt o w a r dt h ed i r e c t i o no fl a r g eg e n e r a t i n g s e t e x t r ah i 曲v o l t a g e ，a n dl a r g ep o w e rg r i d t h eb i gc a p a c i t yp o w e rp l a n ti no u r c o u n t r yc o n t i n u o u s l yi n c r e a s e s ：t h e ya r ep l a y i n ga m o r ei m p o r t a n tr o l ei nt h ee l e c t r i c p o w e rs y s t e m t oe n s u r et h ew h o l ee l e c t r i cp o w e rs y s t e mo p e r a t i n gs a f e l y a n d e c o n o m i c a l l y ，w es h o u l dc o l l o c a t et h ep o w e rp l a n tt h ep r o t e c t i o nd e v i c e sw h i c hw i t h m o r eg o o dc r e d i b i l i t y i n t e l l i g e n t s e l e c t i v i t ya n ds p e e d t om a k et h es c h e m ea c h i e v e o p t i m i z a t i o n 。w es h o u l da l s ow e l l i nc o n s i d e r a t i o no ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fl a r g e p o w e rp l a n t t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h e so nt h ep r o t e c t i o ns c h e m ei nl a r g ep o w e rp l a n t f i r s t ， t h ea r t i c l ee l a b o r a t e s b a s i cp r i n c i p l eo fi t s t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h el a r g ec a p a c i t yg e n e r a t i n gs e ta n dt h e p r o t e c t i o na l l o c a t i o n b e c a u s et h ep r o t e c t i o no fs t a t i o ns e r v i c e s y s t e ma tp r e s e n th a sn or e g u l a t i o n sa n dl e a d st ou s e ，t h i r d l y ，t h i st e x tc o m b i n e sa l i t t l eb i tf o r m e re n g i n e e r i n gf u l f i l l m e n ta n dt h ed e s i g np r o v i s i o n so fs t a t i o ns e r v i c e s y s t e m ，s u m m a r i z i n gt h ep r i n c i p l e s o fp r o t e c t i o na l l o c a t i o na n ds e t t i n gi ns t a t i o n s e r v i c es y s t e m ，a n de m p h a t i c a l l yd i s c u s s i n gt h ep o i n t sw h i c ha r er e l e v a n tt o t h e p r o t e c t i o nm a t c h i n gi nl o w v o l t a g es t a t i o n s e r v i c es y s t e m i nt h ee n d a c c o r d i n gt o t h ep r i n c i p l eo ft h es t a t i o ns e r v i c es y s t e mp r o t e c t i o na l l o c a t i o n ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e sa p r o t e c t i o ns c h e m e t oar e a ls t a t i o ns e r v i c es y s t e m k e yw o r d s ：p o w e rp l a n tp r o t e c t i o n ，s e t t i n gc a l c u l a t i o n ，g e n e r a t o rt r a n s f o r m e r u n i t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁洼盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者躲肇哟签字嗍1 年伊月枷 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解：丞鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 持樱权苤洼态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行硷 索，并粟用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向围家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 位论之f ；j 名签名： 签字i 一鼍：口，f ) 降编毒 秒月兹 导师签名：弋li 扒专j 签字日期：乙确了：曼月弓f 日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 当前电力系统正在快速发展，大区域联网逐步形成，大型发电机组在电力系 统中的作用越来越重要。只在今年，内蒙古省内在建的6 0 0 m w 发电机组在建就 有1 0 多台，已批准或待批准的1 0 0 0 m w 机组发电项目也有好几项。 发电厂在启动、运转、停投、检修过程中，有大量用电动机拖动的机械设备， 用以保证机组的主要设备( 如锅炉、汽轮机或水轮机、发电机等) 输煤、碎煤、 除灰、除尘及其水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、实验、 检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。 随着大型发电厂的建设，机组容量不断增大，这对承担整个发电厂动力保证 的发电厂厂用电系统来说，其运行稳定性和供电可靠性提出了更高的要求。对于 大型发电机组，如果故障时继电保护拒动，带来的损是巨大的。一方面因为主设 备甚至辅助设备的造价比中小型机组高得多，设备损害的直接经济损失非常大。 另一方面是如果因设备损坏而影响了发电生产，其损失更加惊人。最近两年，因 为厂用电原因已有多个电厂发生大机组的停运，停机时间最长的甚至达n 2 个多 月。因此，对大型发电机组继电保护的要求越来越高，除了保护装置应不断发展 以满足电力系统安全生产的要求外，保护的正确、合理的配置和定值计算也是保 证继电保护正确动作、提高发电厂生产水平的关键和重要环节。 当前，电网的故障分析和继电保护及其整定计算和应用的技术已经相对比较 成熟，国内外各大高校、科研机构以及大企业的研究机构长期以来一直针对电网 故障和电网的继电保护作了大量的研究，各种理论、算法、故障分析软件、保护 整定计算软件等很多成果都已经得到了很好的应用。与此相反的是，发电厂的故 障分析和继电保护理论及应用一直没有很大的发展，厂用系统的电流电压保护的 整定计算也存在着一些误区。造成这种现象的原因是多方面的，主要是发电厂厂 用电系统因为电压等级低，不与电网直接相关，而且几乎全是单电源供电的辐射 型网络结构，看起来比较简单，其继电保护的配置及整定计算长期以来没有得到 足够的重视。其实，与电网相比，发电厂内即便是厂用电系统的故障所带来的经 济损失同样可能是很大的。这就要求针对发电厂继电保护的配置和整定计算有一 套完整的合理的方案，以达到发电厂内继电保护与电网继电保护同样可靠，保证 整个电力生产、输送流程的协调稳定运行的目的。本文基于以上需求，旨在研究 总结出一套合理的发电厂厂用电继电保护的配置及整定计算的基本方法，以规范 第一章绪论 化这方面的工作【1 1 。 1 2 厂用电继电保护应用的常见问题 在发电厂的电气系统中，厂用电是指为电厂正常运行所需要的各种工艺设备 和辅机设备供电的系统，是非常重要的基础，它就像坚固、巨大的岩石，托举着 发电机、主变压器和升压站等上端主系统和设备。厂用电的二次系统承担着保护 和控制的任务，它设计的质量如何，直接关系到厂用设备的正常可靠运行，继而 影响到电厂的安全和稳定。因此，厂用电继电保护的配置及整定计算工作不容忽 视。但是，发电厂厂用电系统所涉及电气设备的复杂性，一直以来使厂用电继电 保护的整定计算呈现为一种比较困难的状况。同时，由于厂用电系统的电压等级 低、网络结构简单，且不与电网直接相关，其继电保护的配置及整定计算长期以 来没有得到足够的重视1 2 j 。 目前，与主设备继电保护相比，有关厂用电继电保护配置和整定计算的依据 标准非常有限，只有g d l i t 6 8 4 1 9 9 9 大型发电机变压器继电保护整定计算导则、 g b l4 2 8 5 1 9 9 3 继电保护和安全自动装置技术规程、d l t5 1 5 3 2 0 0 2 火力发电 厂厂用电设计技术规定、电力工程电气设计手册以及电气主设备继电保护 原理与应用等标准和手册少数规程及手册述及了厂用电系统的继电保护配置及 整定计算。通过实践表明，上述标准和手册在理论上基本上是正确的，但在实践 中存在一些不足，主要的不足之处是：可操作性不强，即对现场装置实际整定的 指导性较差：个别标准或手册只是对常规的保护配置和取值作了规定，不能适应 目前普遍使用的微机综合保护。过去的厂用电保护配置非常简单，电源进线及负 荷的保护配置以电流速断保护、过电流保护为主，再辅以母线的低电压保护，这 就构成了整个厂用电系统的保护。这种模式的保护配置其定值计算相对简单，规 则也大体一致，长期以来已经形成了比较简单的应用方法【3 】。随着厂用电系统尤 其是高压厂用电系统继电保护的普遍微机化，保护功能较传统模式大为增加，新 增的许多保护如不平衡电流保护、电动机堵转保护、电流型热保护等缺乏应用经 验，如何使用这些保护功能、如何整定这些保护成了许多电厂难以解决的问题。 厂用电的接线结构看似简单，基本为辐射型接线，但是负荷类型复杂。厂用的电 气主接线是按负荷对象分布的，大容量负荷接在高压厂用母线上，低压负荷则按 系统划分，例如锅炉的辅机和辅助系统接在锅炉变上，汽机的辅机和辅助系统接 在汽机变上。由于很多多厂用辅机和系统都直接影响到发电机组的运行状态，一 旦某些辅机或系统失电，很可能导致发电机减负荷甚至停机。因此，对保护可靠 性、速动性、选择性之间的配合要求很高。但是，厂用电系统接线分级较多，如 何保证这方面的要求则是个难题。前些年内蒙古各电厂的厂用电系统继电保护整 第一章绪论 定计算大多为各厂自行组织人员完成。由于在厂用电系统继电保护的配置及整定 计算这个环节上，一直缺少一个统一的权威的指导规范，导致各个电厂的配置和 定值相去甚远，很多甚至是指导思想上的根本性不同。近年来，这方面暴露出不 少问题，许多电厂都发生过因厂用系统继电保护的误动或拒动，导致了发电机组 的停运，直接影响到了发电厂的稳定运行和经济效益。所以，有必要对发电厂的 厂用电继电保护的配置和整定计算进行研究，以求最大限度地合理化厂用电保护 的应用，达到规范厂用电保护，确保厂用电的可靠运行从而保证机组乃至电厂的 稳定运行的目的【4 | 。 1 3 发电厂继电保护的主要特点 与电网相比，发电厂的设备种类繁多，不同设备配备的保护原理各不相同。 由于发电机、电动机是旋转设备，其运行工况远比电网中的线路复杂，因此配置 的保护种类非常多。加之厂用电继电保护装置的国内外生产厂家众多，不同厂家 的产品所配的保护种类各不相同，原理差异也很大，这就为用户的使用带来很大 困难。另外，近几年来单台发电机组的规模越来越大，厂用电的主接线形式也逐 步在变化。大型火力发电厂的厂用电系统普遍采用低压系统双套电源互为暗备 用、双套辅机互为备用的主接线形式，而中小型机组的低压系统通常只设一台公 用备用变压器不同的主接线方式其运行方式必然不同，当然保护的设置和定值 也会有很大差别p j 。 厂用系统继电保护整定计算的难点主要有以下两点： ( 1 ) 馈线出口短路电流特别大而t a 变比过小的矛盾。实际厂用电系统中各 馈线出口短路电流特别大，而按负荷电流选择t a 变比过小，以致各馈线出口短 路时t a 出现严重饱和，这基本上是高低压厂用系统共存的问题。当厂用电母线 近区短路，致使t a 极度饱和时，t a z 次只能输出非常窄的尖顶波，以致馈线出 口短路时保护拒动。 ( 2 ) 0 4 k v 厂用系统安全可靠性和灵敏度之间的矛盾。0 4 k v 厂用电系统虽然 可采用分级整定一次脱扣的自动空气断路器，由于不能按整定要求调整整定值， 会存在低压电缆末端短路时灵敏度不够的问题。特别重要的供电线路，如电动机 控制中- l , m c c 所接负荷数量较多时，还须分两极保护，以便对这种馈线既不能 牺牲选择性，又要保证可靠动作。 厂用电二次系统牵涉面广，接口多，设计繁琐，牵一发而动全身，设计一旦 完成，再想改就很困难，所以设计时一定要慎重，深思熟虑，反复推敲才能确定 设计原则。正是由于这些原因，设计中更应注意如下的问题： ( 1 ) 高压厂用电系统的微机保护装置，虽然其核心的理论是一致的，但实现的 第一章绪论 方法却并不完全一样，尤其是外部接口及通信方式，几乎是个公司的产品一个 样。这样一来，如果在设计中途或设计完成后，因各种原因而更换保护装置( 这 种情况经常会发生) ，那么意味着设计图纸将会有很大的变动。所以，为避免这 种现象的发生，在设计开始之前就要督促业主先对二次设备进行招标，确定微机 保护装置的厂家，然后再根据定标厂家的产品资料和样本来进行设计，这样可以 少走许多弯路。 ( 2 ) 由于电动机的起停控制均是由d c s 系统来实现，所以一定要根据规范要 求，同时与d c s 设计者协商来确定接口，比如各类设备的a l 、d i 和a o 、d o 点数 量，d i 、d o 点是有源还是无源接点，以及接点容量是否满足要求等等。否则， 若双方各顾各的进行设计，不沟通和交流，必然会带来问题，造成双方设计的修 改和变更，这种情况曾遇到过多次，多数情况下都是电气专业修改设计。只有事 先考虑，协调好接口，才能使设计进行得顺畅。 ( 3 ) 随着发电厂设计中各种专业化、集成化的工艺设备的采用，它们大多采取 成套供货的方式。由于电控设备随工艺设备配套供货，设计中往往只需提供电源 即可，其内部的配电和控制设计都由供货商完成，这种方式看似简化了设计工作 量，但其资料和图纸提供得都比较晚，再加上设计时间很紧，工艺专业也顾不上 催要资料，所以经常会将这些用电设备遗漏，到设计过半或完成的时候才想起来 它们也要接入d c s 系统，或与d c s 要求的接口不符，这使得设计很被动，无形中 又增加许多工作量。解决这个问题，没有什么更好的方法，首先应向业主和工艺 设计人员解释，设备招标时尽量不要让供货商配套供应电控设备。若解释无效， 没有办法，只能勤催厂家，通过各种方式找他们索取资料，多与厂家设计人员沟 通，使他们的设计满足我们的要求，化被动为主动1 6 j 。 总的来说，厂用电继电保护看似简单，实则应用中从配置到整定计算都有很 难有一种统一的规则。 1 4 本文主要工作 继电保护的整定计算是继电保护运行技术的重要组成部分，也是继电保护装 置在运行中保证其正确动作的重要环节，由于继电保护整定计算不当，造成继电 保护拒动或误动而导致电气事故扩大，其后果是非常严重的，有可能造成电气设 备的重大损坏，甚至能引起电力系统瓦解，造成大面积停电事故。所以在继电保 护整定计算前，首先要明确继电保护整定计算的任务和目的： ( 1 ) 通过整定计算，给出套完整和合理的最佳整定方案和整定值。对所用 保护装置予以正确的评价。 ( 2 ) 通过整定计算，应确定现有保护装置配置是否合理或现有保护装置是否 4 第一章绪论 能满足一次设备的要求。如有不合理或不合符要求时，及时提出保护装置可行的 改进方案，使保护装置能满足一次设备和系统的安全运行要求。 ( 3 ) 为制定继电保护运行规程提供依据。 本文主要针对厂用电系统中的低压厂用变压器和电动机的保护配置和定值 计算做研究，通过对参考各种书籍和文章，结合近年来发电厂运行中继电保护出 现的问题，归纳出发电厂厂用电保护的配置原则及整定计算方法和应该注意的问 题。主要叙述发电厂厂用电的继电保护配置和整定计算问题，重点研究了厂用电 系统中低压厂用变压器和电动机的保护配置原则和整定计算方法，并通过对一台 大型火力发电机组厂用电的保护配置和整定计算的实际工作，对所述原则和方法 进行实践性操作。 第二章发电厂低压厂用电基本情况 第二章发电厂低压厂用电基本情况 2 1 厂用电接线形式 大多数6 0 0 m w 机组厂用电系统的主6 k v 系统设两段工作母线，机组的机炉双 套辅机负荷及公用负荷分接在a 、b 段工作母线上，脱硫负荷及输煤负荷设置母 线电源取自厂用工作母线。3 8 0 v 厂用电系统采用动力中心和电动机控制中心的 供电方式。低压厂用变压器按成对配置、互为备用的原则设置。重要的电动机也 采用双套辅机互为备用的方式【7 】。 ( 1 ) 高压厂用母线的接线方式 高压厂用电系统均采用单母线接线。为了提高供电可靠性，使高压厂用母线 故障限制在仅影响一机一炉或更小的范围内，以及为了限制短路电流使高压厂用 电部分可采用简单的轻型结构的成套配电装置。通常将高压厂用母线分成相互没 有联系的独立的单母线段。各独立母线分别由工作电源和备用电源经断路器接 入。母线分段的原则是按照锅炉的台数进行分段，并具有如下优点： 1 ) 锅炉所用辅机最多，接在相同的分段母线上管理比较方便； 2 ) 在一台炉检修时，就有机会检修该分段的电气设备： 3 ) 一段母线故障只影响一台锅炉的运行。 由于大型锅炉的燃烧系统有其特点，电动机多为双套配置，为了提高安全可 靠性，再将每个分段分为两个小段。一般锅炉容量为4 0 0 吨及以上时，每台锅炉 由两段高压母线供电，并将两套辅机的电动机分别接在两段母线上，两段母线可 由同一台厂用变压器供电。对于3 0 万千瓦单元机组的两段母线，可由一台分裂变 压器供电，亦可通过两台双绕组变压器向两段厂用母线供电。 从发电机出口经两台高厂变向6 k v 母线供电，而从2 2 0 k v 系统接专用的备用 有载调压变压器向另外的6 k v 母线供电，作为机组的启动备用电源，该6 k v 备用 电源与6 k v 厂用电源母线直接可以互相切换，提高了机组运行的可靠性。 ( 2 ) 低压厂用母线的接线方式 低压厂用母线一般亦采用独立的单母线。每段母线经开关接于6 k v 4 0 0 v 厂 用低压变压器的低压侧。为了限制短路电流，厂用低压变压器的容量一般不超过 2 5 0 0 k v a 。在近期引进国外技术进行设计的厂用系统中，将低压厂用部分分为低 压动力中心( 即中央电源盘p c ) 和电动机控制中心( 即车间盘、m c c ) 两部分，它们 的接线方式仍为单母线，但厂房内的动力中心是采用分段的单母线，正常时两段 母线分开运行，分段开关断开，各由一台变压器供电。当一台厂用变压器退出运 行时，可以手动合上分段开关，由另一段厂用变压器带两段母线的全部负荷【8 】。 6 第二章发电厂低压厂用电基本情况 根据电力工程电气设计手册、火力发电厂设计技术规程和火力发电 厂厂用电设计技术规程的要求，厂用电接线形式的选择应遵循以下基本原则： 1 各机组的厂用电系统应是独立的。特别是2 0 0 m w 及以上机组，应做到这 一点。一台机组的故障停运或其辅机的电气故障，不应影响到另一台机组的正常 运行。并能在短时间内恢复本机组的运行。 2 充分考虑机组起动和停运过程中的供电要求。一般均应配备可靠的起动 ( 备用) 电源。在机组起动、停运和事故时的切换操作要少，并能与工作电源短时 并列。 3 充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。特别 要注意对公用负荷供电的影响。要便于过渡，尽可能少地改变接线和更换设备。 4 2 0 0 m w 及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电 时，可以快速起动和自动投入，向保安负荷供电。还要设置电能质量指标合格的 交流不间断供电装置，保证不允许间断供电的热工负荷的用电。不间断供电装置， 保证不允许间断供电的热工负荷的用引9 】。 2 2 厂用电保护配置及整定计算原则 厂用电保护由以下几部分的保护组成：低压厂用变压器( 6 k v o 4 k v ) 保护、电 动机保护、馈线保护、分段断路器保护。厂用馈线和厂用母线分段断路器的保护 相对简单，一般只设电流速断保护，过电流保护和零序过流保护。低压厂用变压 器和电动机保护相对复杂，本文将在后续章节重点讨论。 对于厂用系统的继电保护，可归纳为以下几点整定计算的原则： 1 高低压厂用变压器的电流、电压保护整定计算 由于厂用系统有电动机自启动情况，不同于一般用户，也不同于变电站的降 压或升压变压器的运行情况，所以与一般变压器的整定计算有很大差异。有的虽 然是过电流保护，而实际是带时限的电流速断保护，因此整定计算往往不能简单 的按定时限过电流保护处理。 2 低压厂变过电流保护的动作时间整定计算 其动作电流如以与低压侧各馈线的电流速断保护的动作电流配合，同时此时 低压侧的熔断时间已小于或等于0 1 s 时，则低压厂变过电流保护的动作时间可用 o 5 s ；动作电流如与低压侧各馈线的短延时电流速断保护的动作电流相配合，则 低压厂变过电流保护的动作时间可用0 6 0 7 s ，一般动作时间不超过1 s 。 3 快速性、灵敏性和选择性的考虑 厂用系统一次设备短路概率相对高一些，而且短路电流也比较大，有时可能 造成极其严重的后果。所以厂用电系统保护整定计算时，在满足选择性要求的同 7 第二章发电厂低压厂用电基本情况 时，要尽可能缩短保护动作的时间。有的大型火力发电厂都有专用的输煤系统电 源，由于专用的输煤电源为i i 类负荷，且由6 k v 不同母线经双回路供电，为缩短 整个厂用系统的动作时限，对这类性质的负荷的电流保护范围，只要不是延伸得 特别远，应优先考虑快速性，即牺牲局部的选择性换得整体的快速性。 4 上下级保护时间级差的选择 由于现在大机组的厂用系统保护基本上已不再采用电磁式时间元件，而采用 微机保护或高精度时间元件，这样上下级保护时间级差可用0 3 0 4 s 。 5 厂用系统继电保护所用电流互感器t a 的选择 6 3 k v 高压电动机和低压厂变保护所用t a ，不应根据电动机或低压厂用变压 器的额定电流选择t a 变比，应根据实际短路电流水平，选择足够大的变比、短 路电流倍数、容量，以保证保护在各种短路情况下，保护的可靠动作【l o 】。 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 在大型火力发电厂中，低压厂变数量较多，其容量大小相差很大，所带负荷 类型也各不相同。以岱海电厂的6 0 0 m w 发电机组为例，最大的低压厂变为空冷 变、公用变、除尘变、汽机变、锅炉变等，容量在2 0 0 0 k v a 至2 5 0 0 k v a 不等，通 常这类变压器所带负荷中电动机的比例较大，其中汽机变、锅炉变尤其明显，而 且汽机变、锅炉变带的电动机中对发电机组正常安全生产起重要作用的电动机的 数量及总容量更是比其它变压器为多；最小的低压厂变通常为检修变、办公楼变、 照明变等，容量在5 0 0 k v a 左右，其中检修变只有在检修期间负荷才较重，办公 楼变的负荷中主要要考虑空调的影响，照明变基本上没有电动机负荷【1 1 1 。 各种不同的低压厂用变压器在计算保护定值时，根据其不同的作用，应采用 不同的计算方法。尤其是变压器的后备保护，在动作值和延时的整定上计算方法 各有不同。 在国内6 0 0 m w 及以上发电机组的厂用电设计中，低压厂变成对配置互为备 用的接线方式已被广泛采用。在这种主接线方式中，每台互为备用的低压厂变都 可作为暗备用厂变工作，其保护必须考虑与低压侧母联开关的保护相配合，而不 是以往的只需与负荷保护相配合。 岱海电厂厂用低压变采用的是d y n l l 联结组别，保护配置按三电流元件配置。 根据对称分量法分析： d y n l l 联结组别的变压器，当低压侧发生两相短路时，其高压侧保护有两相 l1一 电流为以2 k 去最孙，另一相电流为以2 ) = 正3 1 ，三电流元件保护的灵敏系数 吖j 二 - ， 比两电流元件保护的灵敏系数高一倍。 3 1 低压厂用变压器继电保护配置 ( 1 ) 电流速断保护； ( 2 ) 2 0 0 0 k v a 及以上变压器当速断保护灵敏系数不够时，应设纵联差动保护； ( 3 ) 高压侧过流保护： ( 4 ) 高压侧单相接地保护； ( 5 ) 低压侧中性点零序过流保护； ( 6 ) 过负荷报警： ( 7 ) 温度保护。 9 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 3 2 电流速断保护 变压器电流速断保护的作用，是防止被保护范围内发生金属性单相或多相短 路时产生过电流长时间冲击而引起事故扩大，并波及故障线路及其线路上的设 备。因此一般都作用于断路器跳闸，以便迅速切断故障点电源。 火力发电厂厂用电设计技术规范和水力发电厂继电保护设计导则均 提及该保护“采用两相三继电器式接线”。实际上，这种说法在目前己经有些过 时了。过去，出于经济性的原因，厂用6 k v 和3 8 0 v 系统的开关柜内大多只配有两 相c t ，而对于相间故障来说，两相三继电器的接法确实已能正确反映该类故障 1 1 2 o 岱海电厂作为新设计的电，厂用电系统的开关柜内已装有三相c t ，而且继 电保护装置也已使用微机综合保护装置，该类保护装置本身己配有三相的电流保 护，因此电流速断保护按照三相配置。 3 2 1 整定值计算 连接在相电流上的电流速断保护动作电流按下列条件整定： ( 1 ) 躲过外部短路时流过保护的最大短路电流。 当厂变低压侧母线上的负荷支路发生故障时，本保护不应动作，而由相应的 负荷支路的速断保护( 主保护) 瞬时动作或由本侧的过流保护延时动作切除故障， 以此保证厂变的供电可靠性。 定值计算公式为： 气= k 。d 懈 ( 3 1 ) 式中： k 一可靠系数，对于微机保护采用1 3 1 4 。 口二驭一最大运行方式下变压器低压侧母线上三相短路时，流过电流互感 器的电流值。 ( 2 ) 躲过变压器励磁涌流。 定值计算公式为： 乞= 疋。l ( 3 2 ) 式中： k 一可靠系数，取3 5 。对变压器额定容量较大者，取较小值；反之，取 较大值： l 变压器额定电流。 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 保护动作电流取上述两计算结果中的大值。通常，按公式( 3 1 ) 计算的定 值比按公式( 3 2 ) 计算的定值大得多。下表为常用低压厂用变压器的参数及电流速 断保护整定值，其中电流速断保护的整定值是按公式( 3 - 1 ) 计算而得的，可靠系数 琏取1 3 。由计算结果可知，按公式( 3 1 ) 计算的电流定值远远大于可能的励磁涌 流。 表3 1 常用低压厂用变压器的参数及电流速断保护整定值 变压器额定容量( k v a ) 4 0 08 0 01 0 0 01 6 0 02 0 0 02 5 0 0 额定电流( a )3 6 77 3 39 1 61 4 6 61 8 3 3 2 2 9 1 短路电压u k4 6 6 8 8 l o 低压侧三相短路电流2 5 0 i f i1 6 7 i n1 6 7 i i i1 2 5 i n1 2 5 i i l l o o i i l 速断保护整定值( a )1 1 9 l1 5 8 81 9 8 62 3 8 32 9 7 82 9 7 8 3 2 2 动作时限的整定 变压器电流速断保护装置分为t = 0 s ( 速断跳闸) 、t = 0 5 s ( 延时速断跳闸) 两种。 对于厂用变压器，由于低压( 4 0 0 v ) 回路中采用了较多的断路器和熔断器， 为了更好的在保护特性上相互配合，在电力系统对该回路出线过电流保护配合允 许的情况下，采用延时速断保护具有明显的优越性。 3 2 3 灵敏系数校验 灵敏系数： r ( 2 1 墨。= 鼍磐 ( 3 3 ) 出 式中： 纡0 一最小运行方式下保护安装处两相短路时，流过电流互感器的电流值。 要求k ，。应不小于2 。 3 3 纵联差动保护 变压器的纵联差动保护主要用来保护变压器绕组内部及其引出线上发生的 多相短路，同时也可以保护变压器单相匝间短路和接地短路。 国家标准和电力行业标准均规定：2 m v a 及以上变压器当电流速断保护灵敏 性不符合要求时，应装设纵联差动保护。瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸【1 3 】。 一般来说，发电厂尤其是火力发电厂的厂用电系统由于短路电流水平很高， 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 电流速断保护的灵敏系数一般均大于2 0 ，可以满足要求。例如，6 0 0 m w 机组的 6 k v 厂用母线的短路电流水平约为2 0 k a ，3 0 0 m w 机组的6 k v 厂用母线的短路电流 水平约为1 5 k a ，2 0 0 0 k v a 变压器的短路阻抗为8 ，则低压侧三相短路时流过高 压侧的电流约为1 5 0 0 a ，速断定值2 1 0 0 a ，灵敏系数 2 0 。但是，出于有选择性 的要求，电流速断保护无法保护变压器的全部。 由于2 m v a 以上的厂变在电厂中所起的作用通常及其重要，而且变压器的造 价相对较高，一旦发生故障而又不能及时切除的话，无论是导致变压器烧毁还是 因备用电源切换不成功导致电动机跳闸，都会带来巨大的经济损失。因此，即使 电流速断保护的灵敏性满足要求，在大容量厂用变压器上配置纵联差动保护也是 合理且必要的【14 1 。 3 3 1 整定值的计算 纵联差动保护的整定值可以按躲过外部故障时的最大不平衡电流整定： i 电= k t t k 。k c c k f r + a u + 呐i t ? 一( 3 - 4 ) 式中： 墨一可靠系数，取1 3 1 5 ； n 印一非周期分量系数，取1 5 2 ：当短路电流对变压器额定电流的倍数大 者，可取较大值； a c c 一电流互感器同型系数，变压器两侧的c t 型号不相同，取l ； a r ，一电流互感器误差，取0 1 ； u 变压器分接头引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值； a m 一电流互感器变比为完全匹配产生的误差，开始计算时可暂取0 0 5 ； 一一区外短路时的最大短路电流。 3 3 2 动作时限的整定 纵联差动保护的动作时限取o s 。 3 3 3 灵敏系数校验 校验灵敏系数应按变压器低压侧引出线上的最小两相短路电流计算，即： k 。= k k j 面n ii 彘 0 3 - 5 1 式中： k 血一变压器低压侧引出线故障时的最小两相短路电流； 1 出一差动保护动作电流值。 要求如应不小于2 。 1 2 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 3 4 高压侧过电流保护 作为低压厂用变压器的后备保护，过流保护的任务是当变压器及相邻元件的 发生相间短路故障时，保护可靠动作，带时限切除变压器各侧断路器。 对于备用变压器，当以备自投的方式投入时，如果过电流仍然存在，可认为 是投入至永久故障，此时过流保护本保护可加速跳闸。但是，一般在适用于厂用 电系统的继电保护装置中具有加速功能的并不多。而且，备用变自投时，需要考 虑电动机的整组白启动，此时电流很可能是变压器额定电流的2 3 倍甚至更大。 一般情况下当发生过流保护动作时闭锁备自投，防止故障扩大【1 5 】。 3 4 1 整定值的计算 低压厂变的过流保护虽然是后备保护，但是其定值是最不好计算的，原因在 于： 1 ) 低压厂变的过载性能通常厂家没有提供，无法根据变压器的过载能力对其 进行保护； 2 1 低压厂变最大非故障电流通常与厂用电运行方式、负荷电动机的电特性、 备用电源的容量大小、备用电源的切换方式等因素相关，很难准确估算，因此过 流保护的最小取值不好确定。 保护动作电流按下列三个条件整定： ( 1 ) 躲过变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和； ( 2 ) 躲过低压侧一个分支负荷自起动电流和其他分支正常负荷总电流； ( 3 ) 按与低压侧分支过电流保护配合整定。 保护动作电流取上述三种方法计算结果中的大值【1 6 】。下面分别每种计算方法 作详细说明。 ( 1 ) 躲过变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和 气= k k k z q l ( 3 - 6 ) 式中： k 。一可靠系数，取1 2 ； 1r 一变压器额定电流； a 印一需要自起动的全部电动机在自起动时引起的过电流倍数。 k z q 应由下列公式求出： 1 ) 备用电源为明备用时： 未带负荷时 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 k 2 巫i 硒1 妈刀 1 0 0 k q f 怒、4 0 0 。 己带一段厂用负荷，再投入另一段厂用负荷时 k 2 巫i 壶疆 。8 1 0 0 1 2 k q d 、4 0 0 2 ) 备用电源为暗备用时 k 2 巫i 夏1 = 写 3 - 9 1 0 0 0 6 k q d w 以、4 0 0 7 以上三式中： 玑一变压器的电抗百分值； 一需要自起动的全部电动机的总容量( k v a ) ，无确切数据时，可取 ( 0 6 - 0 8 ) w 。5 形一厂用变压器的额定容量( k v a ) ： 一电动机起动时的电流倍数。一般取翰的平均值为5 ，以实测值为准。 对于如的计算公式，可以作以下理解： 由于低压厂用变压器的阻抗相对于其电源的阻抗来说都很小，可认为低厂变 高压侧为无穷大电源【1 7 1 。假设所有需要自起动电动机的平均启动电流为电动机额 定电流的倍，则以所有自起动电动机容量为基准的启动阻抗标么值为l 砀。 该阻抗换算至以低压厂变额定容量为基准的标么值即为： 土( 3 - 1 0 ) 如 3 8 0 v 系统的电动机额定电压为3 8 0 v ，低压厂变低压侧的额定电压通常为式 中引入( 3 8 0 4 0 0 ) 2 为了归算到同一电压基准而考虑的。由此可得，低压厂变带多 台电动机自起动时，从变压器高压侧看到的阻抗为 坼= 等+ 丽w e 、丽3 8 0 ) 2 ( 3 - 1 1 ) 式中： 凰低压厂变阻抗； 以d 叫一多台电动机自启动时的阻抗。 ( 2 ) 躲过低压侧一个分支负荷自起动电流和其他分支正常负荷总电流 i d z = k k ( 1 q + z l f h ) ( 3 - 1 2 ) 式中： k 。一可靠系数，取1 3 1 5 ； 1 4 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 i q 一所带负荷中最大一个分支电动机自起动的电流； e l f l a 一除最大一台电动机外，所有正常运行中投入的负荷总电流。 该算式的前提是，假设低压厂变的低压母线为无穷大电源如果母线上所带 的最大的电动机容量较大，在所有该变压器所带负荷中占绝对多数，则由于电动 机起动电流为数倍的额定电流，该假设前提不成立。即此种情况下，不能假设低 压母线为无穷大电源，而应以类似公式( 3 6 ) 的形式，假设低压厂变高压侧为无穷 大电源进行计算1 8 i 。 ( 3 ) 按与低压侧分支过电流保护配合整定 i d z 。k k ( i 。d z + z i f h ) ( 3 - 1 3 ) 式中： k 。一可靠系数，取1 3 1 5 ； y i t h 一除最大一台电动机外，所有正常运行中投入的负荷总电流； l d z 一一个分支过电流保护的动作值( 换算到高压侧的值) 。 与第二种情况相同，该算式的前提是假设低压厂变的低压母线为无穷大电 源。 ( 4 ) 对于某些容量不大且负荷中基本没有电动机的单侧电源变压器，如照明 变、检修变等，可用较简单的方法计算过电流保护，即 i d z2kkle(3-14) 式中： k 。可靠系数，取2 0 3 0 ； i e 一变压器高压侧额定电流。 3 4 2 动作时间配合 变压器过流保护动作时间，应与下一级过电流的保护动作时间相配合，即 t b = t + at ( 3 1 5 ) 式中： t 。变压器后备过流保护动作时间； t 一下一级元件后备保护动作时间： t 一时限级差，电磁式保护约为0 5 秒，微机保护可取0 3 秒。 3 4 3 灵敏系数校验 ， k 。= 等之1 5 ( 3 1 6 ) d z ， 式中： 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 厶血一最小运行方式下，厂用变压器低压侧母线上两相短路时，流过继 电器的最小短路电流。 在两种情况下，低压厂用变压器低压侧没有装设零序过电流保护时，高压侧 的过流保护应考虑对低压侧单相接地短路时的动作灵敏性【1 9 】。 3 5 高压侧单相接地零序电流保护 按火力发电厂厂用电设计技术规范，高压厂用电系统当单相接地短路电 流1 0 a 时，接地保护应动作于跳闸，当单相接地电流 i o a 时，接地保护可动作 于发信号【2 0 1 。 国内大多数电厂的高压厂用电系统采取以下两种接地方式：中性点不接地和 中性点经中阻或低阻接地。岱海电厂采用的是中性点经中阻接地方式。 中阻接地系统单相接地短路电流约为1 0 0 2 0 0 a ，低阻接地系统单相接地短路 电流约为数百安到上千安。以典型的中阻接地系统为例，高压厂用电额定电压为 6 3 k v ，中性点接地电阻为4 0 f l 。在零序网络中，中性点电阻远远大于其它元件 的零序阻抗，即该电阻在零序网中占主导地位。则任一点单相金属性接地短路时， 接地电流均约为： 耋：兰苎! ：9 0 9 af 3 17 ) 4 3 4 0 q 、 由此可见，单相接地短路时，电流很大，保护应动作于跳闸。 零序过电流保护的定值应从高压厂用电系统的最末一级起逐级往上配合。通 常，最末极的保护动作值可整定为1 0 a ，瞬时动作。 3 6 低压侧中性点零序电流保护 当前，大多数大型发电厂的3 8 0 v 厂用电系统均为中性点直接接地系统，其 单相接地短路电流非常大。按不同容量的低压厂变，低压侧单相接地时的短路电 流可达数千安至几万安。因此，低压厂用电系统必须装设零序过电流保护【2 1 】。 3 6 1 整定值计算 对低压侧为中性点直接接地的系统，如低压侧中性点装有零序c t ，其零序 电流保护动作电流按以下两个条件计算，取计算结果中的大值。 ( 1 ) 躲过正常运行时变压器中性线上流过的最大不平衡电流，按经验此电流一 般不应超过低压线圈额定电流的2 5 ，即： 3 i 眦= 墨( o 2 5 l ) ( 3 - 1 8 ) 式中： 1 6 第三章低压厂用电保护配置及整定计算原则 墨一可靠系数，取1 2 0 。 ( 2 ) 与下一级元件保护的动作电流相配合 分三种情况考虑： 1 ) 当低压厂用变压器低压侧有分支线时，与分支线零序保护相配合，即： 3 i o d z2k p h x 3 i o d z 丘( 3 1 9 ) 式中： k 盹一配合系数，取1 1 1 2 ； 3 i 池丘一厂用分支线上零序保护的动作电流。 2 ) 当低压厂用变压器无分支线时，且所带低压电动机和馈线上装有零序过流 保护的，则与所带负荷的零序过流保护相配合，躲过所带负荷最大的零序保护动 作电流，即： 3 i o d z 2 k p hx3 i o 电l 啦( 3 2 0 ) 式中： k 弛一配合系数，取1 1 一1 2 ； 3 i 纰l 一一最大容量电动机或馈线零序保护动作电流。 3 ) 当低压厂用变压器无分支线时，且所带负荷上没有装设零序过流保护的， 则与所带负荷的电流速断保护相配合，躲过所带负荷的速断保护动作电流，即： 3 i o 如2