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                    工廠供電系統中電流保護的配置和改進

                    添加時間:2020/05/28 來源:未知 作者:張鵬,樓文耀
                    工廠供電系統主要由電力系統變電、輸電、配電和工C用電四個環節組成,其中電力系統的安全、穩定、可靠運行直接關系到工廠用電的暢通。
                    以下為本篇論文正文:

                    摘要

                      結合工廠供電系統各供配電設備電流保護的配置和整定情況,分析電流保護的上下級配合和整定計算中存在的問題,并針對這些問題制定優化措施,使繼電保護滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性要求。

                      關鍵詞:供電系統,電流保護,配置

                      0引言

                      工供電系統主要由電力系統變電、輸電、配電和工C用電四個環節組成,其中電力系統的安全、穩定、可靠運行直接關系到工廠用電的暢通。在電力系統中廣泛使用的電流保護,若上、下級配合不當或整定不合理,則會出現誤動或拒動現象,從而造成事故的擴大。因此,合理配置和整定電力系統中電流保護,對I廠供電系統的安全穩定運行非常重要]

                      1工廠供電系統電流保護配置情況

                      1.1工廠供電系統情況

                      工廠供電系統- -般為單端放射式供電網絡,線路不長,電壓在110kV及以下。某工廠供電系統配電網絡如圖1所示。

                      工廠供電系統以110kV變電站為中心,有2回110kV出線。110kV 變電站下設3變、8變和20變等6kV變電所。其中,3變和8變為裝置變電所,直接帶電機、6/0. 4kV變壓器、電容器等; 20變為中間變電所,帶電機、6/0. 4kV變壓器等,其下又設27變和37變等6kV變電所。

                      1.2電流保護的配置和整定情況

                      以工廠供電系統中8變(二級6kV變電所)和27變(三級6kV變電所)為例,介紹工廠供電系統電流保護的配置和整定。

                     。1)110kV變電站各回路電流保護配置: 110kV 進線配置限時電流速斷保護(1536A,0.3s)、定時限過流保護(804A,2s); 110kV 母聯配置電流速斷保護(1836A,0.1s)、定時限過流保護(1536A, 0. 3s)、備自投(無壓25%U.;有壓75%U.;無流10%In; 3. 6s);主變110kV側高后備配置復合電壓閉鎖I段過流保護(402A,低電壓65V,負序電壓8V,1.4s)、復合電壓閉鎖I段過流保護(402A,低電壓65V,負序電壓8V, 2s);主變6kV側低后備配置復合電壓閉鎖I段過流保護(6080A,低電壓65V,負序電壓8V,1. 1s)、復合電壓閉鎖II段過流保護(6 080A,低電壓65V,負序電壓8V, 1. 7s); 6kV 母聯配置電流速斷保護(6720A, 0. 1s)、 定時限過流保護(4 640A, 1.1s)。 備自投(無壓25%U.,有壓75%U,無流10%I,3. 9s); 8變饋線配置限時電流速斷保護(3 600A, 0. 3s)、定時限過流保護(1 680A, 0. 8s); 20 變饋線配置限時電流速斷保護(50A, 0. 3s)、定時限過流保護(3 220A,0. 8s)。

                     。2)二級6kV變電站8變各回路電流保護配置: 6kV 進線配置定時限過流保護(1 680A, 0. 5s); 6kV 母聯配置定時限過流保護(1 380A, 0. 5s)、備自投(無壓20%U.,有壓40%U;無流10%In,1. 5s); #1變壓器(1250kVA)配置電流速斷保護(1 440A,0s)、 反時限過流保護(240A, 6倍0. 5s); 6kV 電機(900kW)配置電流速斷保護(1200A,0s)、反時限過流保護(148A, 7倍10s); 380V 進線配置電流速斷保護(15 000A. 0s)、 長延時過流保護(1875A,10s); 380V母聯配置電流速斷保護(11250A, 0s)、長延時過流保護(1 875A, 10s)、 備自投(無壓50%U.,0. 5s)。

                     。3)二級6kV變電站20變各回路電流保護配置: 6kV進線配置定時限過流保護(2800A, 0. 5s); 6kV 母聯配置電流速斷保護(2 800A,0s)、 備自投(無壓20%U%;有壓40%U,無流10%I,1. 5s); 27變饋線配置定時限過流保護(1 040A, 0. 5s); #1 變壓器(1 250kVA)配置電流速斷保護(2 400A, 0s)、 反時限過流保護(260A,6. 2倍0.5s)。

                     。4)三級6kV變電站27變各回路電流保護配置: 6kV進線配置定時限過流保護(880A, 0. 5s); 6kV 母聯配置電流速斷保護(880A,0s)、 備自投(無壓20%U.;有壓40%U_,無流10%In,1.2s); #1變壓器(800kVA)配置電流速斷保護(1 700A, 0s)、 反時限過流保護(140A,8倍0.5s);6kV電機(550kW)配置電流速斷保護(720A,0s)、反時限過流保護(160A,4 倍8s); 380V 進線配置電流速斷保護(9 600A,0s)、 長延時過流保護(1600A,10s);380V母聯配置電流速斷保護(9600A,0s)、長延時過流保護(1600A, 10s)、 備自投(無壓50%U%,0.5s)。

                      2電流保護存在的問題

                      由工廠供電系統各級變電站電流保護的配置與整定可知存在以下問題。

                      37變的最大負荷按2臺變壓器同時運行,最大容量電機起動,其它電氣設備正常運行來計算。由表1可知37變的最大負荷電流Imx為1 689A,則20變饋37變的定時限過流整定值Is為:

                      式中,k為可靠系數; kx為接線系數; ke 為返回系數。

                      2.1線路過流保護的延時時限

                      無法配合110kV變電站110kV進線的過流保護延時時限需與供電部門線路的繼保配合,導致下級6kV變電站的饋線和進線的過流保護時限無法配合。饋線過流保護靈敏度不夠,通常造成越級跳閘事故。20 變進線、27 變饋線和27變進線的定時限過流保護動作時限均為0. 5s,無法滿足繼保選擇性要求,會出現越級跳閘事故。

                      2.2母聯電流保護和備自投配置不合理部分

                      變電站(如8變)中,母聯與進線的過流保護僅過流定值有差異(延時時限相同),當母聯帶變電站另- _段負荷運行時,若下級發生短路故障,則可能發生越級跳閘事故。部分變電站(如20變和27變)中,母聯比進線低-個時限級差,造成母聯的過流保護變為速斷保護,當母聯帶變電站另- -段負荷運行時,若所帶設備出現短路故障,母聯的速斷保護則會和下級設備的速斷保護同時跳閘,導致越級跳閘從工廠供電系統的備自投時限配置可知,在主變電站中,110kV 到6kV的母聯備自投時限是按電壓等級逐級增加的,而在下級變電站中,母聯備自投時限則是按電壓等級逐步減小的。當主變電站某條進線失電時,380V 母聯備自投將先動作,6kV變電站母聯備自投不會動作。由于正常情況下工廠供電系統為分列運行方式,因此備自投時限配置不合理會導致故障出現后備自投動作較多,且恢復工廠供電系統的工作量大。

                      2.3定時限與反時限過流保護配合不合理

                      工廠供電系統中,6kV變電站的饋線和進線的過流保護主要采用定時限型,下級變壓器的過流保護則采用反時限型。若下級變壓器容量較大而本變電站負荷較輕,則會出現下級變壓器反時限過流保護整定值大于上級饋線的定時限過流保護整定值的可能,導致變壓器短路故障時進線過流保護動作,越級跳閘。20 變饋37變所帶負荷和電纜見表1.

                      20變饋37變的定時限過流動作時限與110kV變電站饋20變饋線配合,為0.5s.

                      根據反時限過流保護整定計算要求,37變#1 變壓器反時限過流保護按最大運行方式下變壓器低壓側發生三相短路故障延時0.5s來整定。圖2為37變#1變壓器系統阻抗和短路電流示意圖,最大運行方式下,37變#1變壓器低壓側三相短路電流為2207A.由此可確定如圖3所示的37變#1變壓器反時限過電流曲線。

                      由圖3可知,37變#1變壓器發生短路故障時,若路電流小于2133A,則由37變#1變壓器反時限過流護動作跳閘;若短路電流為2 133~2 207A,則由20變饑37變饋線的定時限過流保護動作跳閘,37 變# 1變壓器反時限過流保護因延時時限大于0. 5s而不動作,從而出越級跳閘事故;若短路電流超過2 207A,則由37變#變壓器反時限過電流保護動作跳閘。綜上可知,工廠供電系統中,變電站饋線定時限過流保護與下級變電站變壓器反時限過流保護配合不合理。

                      2, 4電機未配置有流閉鎖功能電機低電壓保護未配置有流閉鎖功能,從而導致電材可能因電壓互感器斷線或電壓波動而跳閘停車。

                      2.5 380V供電系統的過流保護和備自投配置不合理從工廠供電系統繼保配置和整定知,380V進線配置有電流速斷保護,動作時限為0s.由于380V供電系統矩路故障發生頻繁,因此主要由空開的速斷保護來切除380V設備故障。然而進線開關的靈敏性遠高于空開,導致380V設備出現短路故障時,若短路電流超過進線開關的整定值,則易出現越級跳閘事故,即進線開關和空開同時跳閘,擴大了事故停電范圍。

                      另外,380V母聯備自投的無壓定值為50%的額定電壓,工廠內的低壓接觸器釋放電壓為30%~70%的額定電壓,導致電網電壓在50%的額定電壓時,部分交流接觸器仍未釋放。鑒于此,有必要降低380V母聯備自投無壓定值。

                      3工廠供電系統中電流保護的改進措施

                      為滿足繼電保護的"四性"要求,提高工廠供電系統的可靠性,保證工廠供電系統的安穩運行,需針對工廠供電系統電流保護存在的問題制定出相應的改進措施。

                      3.1 6kV變電站進線電流保護配置優化優化

                      6kV變電所進線過流保護配置,使其僅作用于閉鎖備自投而不作用于跳閘,以達到各級供電系統的電流保護時限滿足繼電保護選擇性的目的。主變電站6kV饋線配置限時電流速斷和定時限過流保護。其中,限時電流速斷  保護時限按下級所帶6kV變電站來配置,即帶- - 級6kV變電站的饋線設置為0. 3s,帶兩級6kV變電所的饋線設置為0.6s,下一級6kV變電站的饋線設置為0. 3s;定時限過流保護時限與主變低后備復合電壓閉鎖過流保護(I段)動作時限配合,下級變電所6kV饋線比上級變電站少一個級差,即0.3s.通過優化過流保護的配置和時限,使整個系統的電流保護時限配置滿足繼保選擇性要求,不再出現越級跳閘事故。

                      3.2母聯電流保護配置優化

                      母聯電流保護(即充電保護)在母聯合閘時投人,在母線充電3s后退出。母聯電流保護按最小運行方式下母線發生兩相短路時有足夠靈敏度來整定,時限為0s.

                      備自投延時時限依據從上級到下級變電站依次增加的原則設置,級差為0.3s.當主變電站某條進線失電后,僅較高電壓系統的母聯備自投動作,從而減少了事后恢復供電系統的工作量。

                      3.3 6kV變電站饋線定時限過流保護整定計算方法優化

                      對于6kV變電站饋線定時限過流保護整定值,--方面需根據各變電站的最大負荷以及下級變電站內自起動電機的情況來計算;另一方面需與下級變電站內變壓器的反時限過流曲線配合,取最大容量變壓器反時限曲線上比本饋線動作時限少一個級差時間所對應的電流值(如饋線動作時限為0.8s,饋線動作電流則取最大容量變壓器反時限曲線上0.5s對應的電流值)。兩者取較大值作為饋線定時限過流保護整定值。

                      對于20變下級6kV變電站37變定時限過流整定值,一方 面需根據變電站的最大負荷以及下級變電所站內自起動電機的情況來計算,20變饋37變的定時限過流整定值為2133A,其動作時限與110kV變電站饋20變饋線相配合,優化后為0.8s;另-方面需與下級變電站內變壓器的反時限過流曲線配合,取37變#1變壓器在最大運行方式下低壓側發生三相短路故障延時0, 5s時的動作電流,即2207A.取兩者中較大者為20變饋37變的定時限過流整定值,即2207A.20變饋37變的定時限過流曲線(改進后)如圖4所示。

                      由圖4可知,37變#1變壓器發生短路故障時,最大短路電流小于20變饋37變的定時限過流保護整定值,因此由37變#1變壓器反時限過流保護動作切除故障。只有在#1變壓器以上部分發生短路故障時,最大短路電流才會超過20變饋37變的定時限過流保護整定值,此時由20變饋37變的過流保護動作切除故障。另外,20 變饋37變的定時限過流保護與37變#1變壓器反時限過流保護的動作時限有0. 3s的級差,故不會出現越級跳閘事故,從而滿足了繼電保護選擇性的要求。

                      3.4電機低電壓保護優化

                      在電機低電壓保護中加裝有流閉鎖功能,有流定值按綜保單元的門檻值設定。這樣可防止電機因TV斷線或電壓波動而跳閘和停車。

                      3.5 380V進線和母聯的配置與整定計算優化

                      對380V進線和母聯的配置與整定作了新的規定:關閉電流速斷保護,只開放短延時和長延時過流保護。380V進線短延時過流保護按最小運行方式下變壓器二次側(低壓母線上)發生兩相短路時有足夠靈敏度來整定,動作時限為0.3s.380V進線長延時過流保護按變壓器二次額定電流來整定,動作時限為10~20s.380V 母聯的短延時、長延時過流保護整定值與低壓進線的整定值相配合,配合系數取1. 2,動作時限相同。

                      此外,將380V母聯備自投的無壓定值調整為30%的額定電壓,可避免部分低壓接觸器在電網電壓波動較小時跳閘,有利用工廠生產裝置的安穩運行。

                      4結束語

                      通過對比工廠供電系統各供配電設備的電流保護配置,發現系統中線路過流保護的延時時限設置、母聯及備自投的保護配置、定時限和反時限的配合、高壓電機的保。

                      護配置、低壓進線和母聯的過流保護配置等存在問題。針對這些問題,對電流保護配置和整定進行優化,使電氣設備的繼保配置更合理,整定值更準確,滿足繼電保護選擇性、速動性、靈敏性和可靠性的要求,提高了供電系統的可靠性,保證了工廠供電系統的安穩運行。

                      參考文獻
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