安躍強(qiáng)

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司江蘇江陰214432

摘 要：發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)使用的通常為380V系統(tǒng)供電，隨著社會(huì)發(fā)展發(fā)電機(jī)組容量持續(xù)增加，使得原有的單一工作段配電方式逐漸轉(zhuǎn)換成為電動(dòng)機(jī)動(dòng)力中心（MCC）以及低壓動(dòng)力中心（PC）的方式，這給用電保護(hù)整定帶來(lái)了困難，本文針對(duì)現(xiàn)有供電方式下的發(fā)電廠低壓廠用電保護(hù)整定配合進(jìn)行了分析，重點(diǎn)針對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)的整定配合原則進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞發(fā)電廠；低壓廠用電；保護(hù)；整定配合安科瑞安躍強(qiáng)

一、引言

在進(jìn)行繼電保護(hù)整定計(jì)算時(shí)，對(duì)于被保護(hù)設(shè)備的故障電流和故障電壓的計(jì)算是最基礎(chǔ)的，只要能夠準(zhǔn)確計(jì)算上述的故障電流和故障電壓，那么后續(xù)的整定過(guò)程就比較簡(jiǎn)單。就當(dāng)前情況而言，系統(tǒng)保護(hù)和發(fā)電組保護(hù)都有對(duì)應(yīng)的導(dǎo)則和規(guī)程指導(dǎo)操作。但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)電廠低壓廠用電的繼電保護(hù)配置存在很多種形式，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于低壓廠用電而言，有MCC電動(dòng)機(jī)控制中心以及PC電動(dòng)機(jī)動(dòng)力中心，與PC母線相關(guān)的開(kāi)關(guān)有很多，如進(jìn)線開(kāi)關(guān)、備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)等，都是非常重要的電氣設(shè)施。已有的技術(shù)規(guī)范中已經(jīng)明確規(guī)定，低壓廠變壓器必須要配置速斷保護(hù)、接地保護(hù)以及定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)等。對(duì)于母線支路中的大容量電機(jī)及其配電線路通常都安裝帶脫扣器的開(kāi)關(guān)，而其他位置的開(kāi)關(guān)通常都設(shè)置為熱繼電器或者熔斷器以達(dá)到保護(hù)的目的。針對(duì)接地保護(hù)，部分設(shè)計(jì)中沒(méi)有配置零序過(guò)流保護(hù)，部分設(shè)計(jì)中則會(huì)配置零序過(guò)流保護(hù)。由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，給低壓系統(tǒng)繼電保護(hù)的整定計(jì)算造成了極大的不便。

二、發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)分析

在發(fā)電廠中，對(duì)于大容量機(jī)組的廠用低壓變壓器而言，通常都是根據(jù)“暗備用”的模式進(jìn)行配置，也就是同時(shí)安裝有兩臺(tái)低壓變壓器，其中一臺(tái)投入使用，另外一臺(tái)作為備用。如果其中一臺(tái)變壓修時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)切換啟動(dòng)備用變壓器。

通常而言，低壓電機(jī)都是通過(guò)熱繼電器或者熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)，包括接地短路和相間短路，MCC進(jìn)線開(kāi)關(guān)通常器出現(xiàn)故障問(wèn)題或者需要停機(jī)檢都是通過(guò)開(kāi)關(guān)脫扣器實(shí)施保護(hù)，PC進(jìn)線開(kāi)關(guān)通過(guò)繼電器或者開(kāi)關(guān)脫扣器實(shí)施保護(hù)，分段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)同樣如此。

對(duì)于變壓器而言，在高壓側(cè)通常都會(huì)配備有速斷保護(hù)、接地保護(hù)、過(guò)流保護(hù)，在變壓器低壓側(cè)通常會(huì)配備有中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)，開(kāi)關(guān)脫扣器通常會(huì)配備有接地保護(hù)、速斷保護(hù)、延時(shí)過(guò)流保護(hù)。

三、發(fā)電廠低壓廠用電保護(hù)整定配合分析

3.1根據(jù)低壓母線電機(jī)啟動(dòng)電流的原則進(jìn)行整定匹配

行業(yè)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)給出明確的規(guī)定，低壓廠中使用的變壓器必須要配備電流保護(hù)，確保在發(fā)生短路問(wèn)題時(shí)能夠?qū)⒆儔浩鲀蓚?cè)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，以達(dá)到保護(hù)變壓器和相關(guān)電氣元件的目的。如果變壓器同時(shí)給兩個(gè)及以上分段進(jìn)行供電，那么每個(gè)分段上都應(yīng)該配備電流保護(hù)。

由于低壓母線通常都不會(huì)配備低電壓保護(hù)，因此當(dāng)出現(xiàn)母線故障時(shí)連接在母線上的電源開(kāi)關(guān)都不會(huì)發(fā)生動(dòng)作，此時(shí)當(dāng)恢復(fù)電壓后電機(jī)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。基于此，在設(shè)計(jì)母線進(jìn)線過(guò)流保護(hù)時(shí)，不可以只是簡(jiǎn)單的考慮電機(jī)啟動(dòng)電流，同時(shí)考慮容量最大電機(jī)的啟動(dòng)電流和正常運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷電流也不符合實(shí)際情況，正確的做法應(yīng)該是將所有電機(jī)啟動(dòng)電流進(jìn)行綜合考慮。

對(duì)于變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)，在設(shè)計(jì)過(guò)流保護(hù)時(shí)考慮的因素類似，因此本文只針對(duì)低壓側(cè)的情況進(jìn)行分析。通常情況下，在設(shè)計(jì)低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)時(shí)考慮的原則就是避開(kāi)低壓母線電機(jī)啟動(dòng)電流，雖然該方法得到了很多的使用，然而實(shí)際上這種方法是存在一定缺陷的，因?yàn)樵谑褂迷摲N方法時(shí)不能與對(duì)應(yīng)的熱繼電器或容電器保護(hù)特性進(jìn)行很好的匹配，帶來(lái)的問(wèn)題就是電機(jī)部分出現(xiàn)短路故障使得變壓器出現(xiàn)過(guò)流保護(hù)而引發(fā)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。工作進(jìn)線可能出現(xiàn)變壓器高壓母線電源慢速切換的問(wèn)題，所以在設(shè)計(jì)過(guò)流保護(hù)時(shí)需要將母線電機(jī)成組自啟動(dòng)現(xiàn)象考慮在內(nèi)。為了滿足實(shí)際需要，正確的做法應(yīng)該是考慮母線全部電機(jī)成組自啟動(dòng)電流以及其他所有負(fù)荷電流后，還需要檢驗(yàn)其與熔斷器特性之間的配合情況。

通常而言，熔斷器額定電流值為電機(jī)額定電流值的1.3–1.5倍，其熔斷特性呈現(xiàn)出反時(shí)限特征。當(dāng)熔斷器中流過(guò)的電流值超過(guò)額定電流值1.2倍后，熔斷器能夠在0.1s的時(shí)間內(nèi)熔斷。

如果電機(jī)和熔斷器的額定電流值相差較大，或者電機(jī)的電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生在電纜末端的短路電流可能還無(wú)法達(dá)到熔斷器的閾值而進(jìn)入反時(shí)限特性，但是對(duì)于根據(jù)定時(shí)限進(jìn)行整定的母線而言，已經(jīng)超過(guò)了定時(shí)限過(guò)流，此時(shí)，進(jìn)線過(guò)流保護(hù)就會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。低壓PC端如果母線失電可能造成部分機(jī)組停電或者是負(fù)荷降低。

對(duì)于容量較大且電纜很長(zhǎng)的電機(jī)，需要檢驗(yàn)電纜末端出現(xiàn)短路故障時(shí)，母線進(jìn)線過(guò)流保護(hù)與熔斷器特性之間的配合問(wèn)題。如果兩者之間不匹配，可以采取的措施主要有加大電纜橫截面積、更換電機(jī)熔斷器為脫扣器開(kāi)關(guān)等。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)電機(jī)額定電流不超過(guò)100A，電纜長(zhǎng)度大于150m時(shí)就需要開(kāi)展上述的配合檢驗(yàn)工作。當(dāng)電機(jī)額定電流超過(guò)100A，則應(yīng)該使用脫扣器開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護(hù)。

不同保護(hù)之間延時(shí)配合的情況如下：末級(jí)負(fù)荷按照瞬時(shí)考慮，MCC進(jìn)線、PC聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、PC進(jìn)線開(kāi)關(guān)、變壓器高壓側(cè)的短延時(shí)電流分別按照0.2s、0.3s、0.4s和0.7s進(jìn)行考慮。

3.2變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)整定配合分析

通常情況下對(duì)于低壓變壓器都是設(shè)計(jì)成Dyn接線，將低壓側(cè)中性點(diǎn)進(jìn)行接地，目的在于提升發(fā)生接地短路時(shí)的短路電流。所以，通常對(duì)低壓系統(tǒng)相間短路保護(hù)整定作為主保護(hù)，而將支線路開(kāi)關(guān)脫扣器接地保護(hù)整定作為備用保護(hù)。在變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)配備的零序過(guò)電流保護(hù)劃分成為兩段，分別為零序過(guò)流反時(shí)限以及零序過(guò)流定時(shí)限。若根據(jù)定時(shí)限進(jìn)行配合整定，由于低壓電機(jī)通常通過(guò)熱繼電器或者熔斷器進(jìn)行保護(hù)，如果電機(jī)電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)短路故障電流值可能無(wú)法達(dá)到熔斷器的閾值，兩者之間出現(xiàn)不匹配的問(wèn)題。若根據(jù)反時(shí)限進(jìn)行配合整定，如果電機(jī)電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在電纜末端出現(xiàn)短路故障電流時(shí)為了讓其與熔斷器特征進(jìn)行匹配，需要把變壓器中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)設(shè)置成為反時(shí)限特性。但是此時(shí)無(wú)法達(dá)到快速切斷的要求，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，支路電纜的長(zhǎng)度如果大于100m，就無(wú)法滿足快速切斷的要求。基于此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該盡可能縮短電纜的長(zhǎng)度。

根據(jù)定時(shí)限出口的方式切除故障的方法比較合適，但這種方法要求發(fā)生接地故障時(shí)具有足夠大的零序電流。具體措施為提升電纜以及零回路導(dǎo)體橫截面積，或者控制電纜長(zhǎng)度。

3.3開(kāi)關(guān)脫扣器與熱繼電器、熔斷器特性配合分析

通常而言開(kāi)關(guān)脫扣器具有長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作特征，該特征與熔斷器相同，因此其在匹配時(shí)需要從動(dòng)作門檻方面著手。如果熱繼電器或熔斷器設(shè)置在末級(jí)支路中，進(jìn)線開(kāi)關(guān)脫扣器只能整定出短延時(shí)接地段和過(guò)流段，只有在電纜長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)時(shí)才能夠整定出瞬時(shí)段。對(duì)于瞬時(shí)段和短延時(shí)段，其整定原則類似變壓器過(guò)流保護(hù)。接地段與熱繼電器或熔斷器通常情況下是匹配的，如果不匹配則可以優(yōu)化零序阻抗的方法進(jìn)行匹配，而不應(yīng)該通過(guò)增加延時(shí)的措施進(jìn)行匹配。

四、ARD系列電動(dòng)機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品選型介紹

ARD智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器適用于額定電壓至660V的低壓電動(dòng)機(jī)回路，集保護(hù)、測(cè)量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。其完善的保護(hù)功能確保電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu)，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應(yīng)各種柜體的安裝。可選配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)通訊需求。

4.1、功能特點(diǎn)

■支持基波和全波電力參數(shù)測(cè)量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電流及電流不平衡度、電流正序、負(fù)序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。

■保護(hù)功能包括過(guò)載反時(shí)限、過(guò)載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過(guò)功率、欠功率、過(guò)壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數(shù)限制、運(yùn)行時(shí)間報(bào)警、故障次數(shù)報(bào)警。

■9路可編程DI輸入，默認(rèn)采用內(nèi)置DC24V電源，也可選擇外部有源濕接點(diǎn)。

■5路可編程DO輸出，滿足直接起動(dòng)，星—三角起動(dòng)，自耦變壓器起動(dòng)，等多種起動(dòng)方式，可通過(guò)通訊總線實(shí)現(xiàn)主站對(duì)電動(dòng)機(jī)的遙控“起/停”。

■可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動(dòng)、失壓重起動(dòng)。

■可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUSDP通訊，支持最多2路通訊接口。

■可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口，與DCS系統(tǒng)相接，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。

■具有故障記錄、起動(dòng)記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動(dòng)記錄等各類事件記錄。

■顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

4.2、產(chǎn)品選型

五、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于低壓過(guò)流保護(hù)而言，不應(yīng)該只是簡(jiǎn)單的根據(jù)母線電機(jī)啟動(dòng)電流完成整定匹配，在考慮母線全部電機(jī)成組自啟動(dòng)電流以及其他所有負(fù)荷電流后，還需要檢驗(yàn)其與熔斷器特性之間的配合情況。對(duì)于變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)而言，需要考慮其余熱繼電器或者熔斷器特征的整定配合問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]王庭文.發(fā)電廠低壓廠用電保護(hù)整定配合分析

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.

[3]GB14048.4-2020低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4-1部分：接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器機(jī)電式接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器(含電動(dòng)機(jī)保護(hù)器).

作者介紹：

安躍強(qiáng)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)闉橹悄茈娋W(wǎng)供配電。