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摘 要:文章对变电站主变低压母线和发电厂厂用6kV母线保护的现状和存在的问题进行了分析,讨论了装设快速母线保护的必要性和可行性,并提出了实现母线快速保护的新方案。
关键词:变电站发电厂低压厂用母线快速保护
中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)05(a)-0077-01
在电力系统中,35kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题,一般不要求装设专用母线保护。但由于变电站的10kV系统出线多、操作频繁、容易受小动物危害、设备绝缘老化和机械损伤等原因,10kV开关柜故障时有发生[1]。
经运行实践表明,虽然近年来高压开关柜的设计制造技术进步很快,10kV母线发生故障的机率大为减少,但仍然有因个别开关柜故障引发整段开关柜“火烧联营”的事故发生,甚至波及到变压器,直至造成变压器的烧毁。
1 低压侧母线保护现状
1.1 低压侧母线保护的应用现状
根据国标《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB50062－92):对于发电厂和主要变电所的3～10kV母线及并列运行的双母线,只要在下列情况下才装设专用的母线保护:
(1)需要快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障,才能保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时;2)当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。
在变电站的设计中,低压侧母线故障要靠主变压器低压侧的后备保护来切除。
常见的220kV(110kV)变电站低压母线,在主变低压侧母线或断路器发生故障时,要靠变压器低压侧的过流保护跳开断路器来切除故障。同样的问题也存在于发电厂的6kV(10kV)厂用电系统,当中压厂用电系统发生母线故障时,要靠厂用变压器或启动/备用变压器低压侧的过流后备保护来切除。
目前,我国6kV系统保护的整定原则无具体要求,各电厂整定值大多是参考电网后备保护的原则,一般在1.5～2.0s。确定分支过流动作时间,应首先按变压器的热稳定能力确定变压器的最长允许切除时间。
1.2 对低压侧母线保护的技术要求,主要包括以下几个方面
(1)保护可靠性要求高,不允许拒动和误动。特别是对防止误动的要求更高,如果是发生误动,后果很严重。(2)保护的构成应尽可能简单。不大量增加一次设备(如电流互感器)和外部电缆,而且施工和改造工作简单易行。(3)保护不受运行方式的影响,可以自动适应母线上连接元件的改变。(4)保护既可独立安装,也可以适应安装在开关柜上的运行条件。
2 低压侧母线的保护
2.1 采用电流互感器第三个二次线圈构成差动保护的方案
为了解决在35kV、10kV系统发生母线故障时没有快速保护的问题,最直接的方案就是配置常规的微机母线差动保护,把所有母线段上各回路的电流量引入差动保护装置。该方案保护可以集中组屏布置在继电器室内,也可以将保护布置在进线开关柜上。
近几年,具备三个二次线圈的电流互感器开始出现和应用,这为实现低压母线短路故障的快速保护创造了有利条件。
但是在实施这一方案时,经常会受到现场条件的限制。该方案的缺点是需增加的二次电缆较多,电缆投资大,现场施工工作量大。而且,如不增加电压闭锁回路,在发生TA断线情况时,保护的可靠性较低。
2.2 利用各开关柜内综合保护构成的母线快速保护方案
其原理是利用各开关柜综合保护提供的故障信息(硬接点),经汇总后进行综合分析和逻辑判别,来实现低压侧母线短路故障的快速切除。母线故障的快速保护功能“镶嵌”在进线保护装置及分段保护装置内,不以独立的母线保护装置形态出现。
出线上的所有单元的瞬时动作接点并联后接入后备保护装置,以闭锁后备保护装置的母线速断保护。当故障发生在母线之外,则必有某一个回路的综合保护发出闭锁信号,这样进线保护(或分段保護)被可靠闭锁;如果故障发生在母线上,则进线保护接收不到闭锁信号,经一短延时(该延时主要是为躲开暂态过程,提高保护可靠性,一般小于100ms)后出口跳闸。在母线区域内发生故障时,将快速切除进线断路器,在用分段断路器带母线运行时,保护将快速切除分段断路器。
该方案的特点是在构成上不需要增加和改变TA和TV设备和回路,只是在综合保护上增加构成母线快速接点的配合接点,增加的电缆也不多。其缺点一是变压器低压侧并列运行,无法正确选择故障母线;二是低压侧出线如为有源线路,无法区分母线和线路故障;三是对相继故障(线路故障转为母线故障)。因此,此方案可作为220kV及以上变电站中分段运行及无电源出线,且现有TA配置不满足加装母差保护要求的低压侧母线的快速保护。
3 发电厂6kV厂用母线保护改进的可行性探讨
3.1 为分支增设限时速断保护的改进方案
(1)根据不同发变组的具体情况,在原有分支过流的基础上增设一段限时速断,电流定值按躲开该母线的启动电流,且6kV母线故障有一定的灵敏度来整定,时限只与6kV负荷开关的电流速断保护配合,按大于负荷开关速断保护的动作时间与6kV开关的掉闸时间之和的原则,一般取为0.5～1.0S。(2)将原有的分支过流电流定值按大于最大负荷电流乘以一定的可靠系数重新整定,时间则按躲过6kV大型电动机的启动时间整定。(3)对于高备变的分支保护,因可能还需要各工作段的备用进线开关配合,所以可将备用进线开关按上述方法改造。
提出这样的改进方案的出发点在于增加的限时速断不但可以作为6kV负荷开关的后备保护,而且还可作为厂变出口故障的主保护,以减少厂高变的损坏概率,将原有分支过流整定值放低后,在大多情况下可作为厂低变及高压电动机的后备保护。
3.2 为6kV母线加装简易母线保护
由于厂用6kV母线出线开关数量大,采用常规的电流求和构成的典型母差保护显然不合理,在不增加各负荷开关TA的情况下,可以只用各负荷开关的原保护动作信号及分支开关的保护动作信号经相应的逻辑电路来实现母线保护的功能。
3.3 为6kV母线加装弧光保护
该保护利用6kV母线及开关柜内发生故障时必有弧光产生的现象,在每个柜内或几个柜中装设一个弧光检测探头,当检测到弧光信号后,经很小的延时断开分支开关切除故障。为提高保护的抗干扰能力,可用分支过流保护的动作接点加以闭锁,即在有弧光产生且分支过流继电器动作时,保护出口断开分支开关。
4 结语
综上所述,电力系统低压侧常规的保护方案显然不能满足快速切除故障的要求,在变电站的低压母线和发电厂6kV厂用母线上装设快速保护是很有必要的,对电力系统的安全稳定优质运行具有非常重要的意义。
参考文献
[1] 刘翠,王志南.10kV变电所母线保护的分析与应用[J].当代化工2010.
[2] 董杰,黄生睿,刘全,杜振华,张友.电厂6kV系统级联保护方案[J].电力系统保护与控制,2010.
[3] 范锡普.发电厂电气部分[M].电力出版社.
关键词:变电站发电厂低压厂用母线快速保护
中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)05(a)-0077-01
在电力系统中,35kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题,一般不要求装设专用母线保护。但由于变电站的10kV系统出线多、操作频繁、容易受小动物危害、设备绝缘老化和机械损伤等原因,10kV开关柜故障时有发生[1]。
经运行实践表明,虽然近年来高压开关柜的设计制造技术进步很快,10kV母线发生故障的机率大为减少,但仍然有因个别开关柜故障引发整段开关柜“火烧联营”的事故发生,甚至波及到变压器,直至造成变压器的烧毁。
1 低压侧母线保护现状
1.1 低压侧母线保护的应用现状
根据国标《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB50062－92):对于发电厂和主要变电所的3～10kV母线及并列运行的双母线,只要在下列情况下才装设专用的母线保护:
(1)需要快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障,才能保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时;2)当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。
在变电站的设计中,低压侧母线故障要靠主变压器低压侧的后备保护来切除。
常见的220kV(110kV)变电站低压母线,在主变低压侧母线或断路器发生故障时,要靠变压器低压侧的过流保护跳开断路器来切除故障。同样的问题也存在于发电厂的6kV(10kV)厂用电系统,当中压厂用电系统发生母线故障时,要靠厂用变压器或启动/备用变压器低压侧的过流后备保护来切除。
目前,我国6kV系统保护的整定原则无具体要求,各电厂整定值大多是参考电网后备保护的原则,一般在1.5～2.0s。确定分支过流动作时间,应首先按变压器的热稳定能力确定变压器的最长允许切除时间。
1.2 对低压侧母线保护的技术要求,主要包括以下几个方面
(1)保护可靠性要求高,不允许拒动和误动。特别是对防止误动的要求更高,如果是发生误动,后果很严重。(2)保护的构成应尽可能简单。不大量增加一次设备(如电流互感器)和外部电缆,而且施工和改造工作简单易行。(3)保护不受运行方式的影响,可以自动适应母线上连接元件的改变。(4)保护既可独立安装,也可以适应安装在开关柜上的运行条件。
2 低压侧母线的保护
2.1 采用电流互感器第三个二次线圈构成差动保护的方案
为了解决在35kV、10kV系统发生母线故障时没有快速保护的问题,最直接的方案就是配置常规的微机母线差动保护,把所有母线段上各回路的电流量引入差动保护装置。该方案保护可以集中组屏布置在继电器室内,也可以将保护布置在进线开关柜上。
近几年,具备三个二次线圈的电流互感器开始出现和应用,这为实现低压母线短路故障的快速保护创造了有利条件。
但是在实施这一方案时,经常会受到现场条件的限制。该方案的缺点是需增加的二次电缆较多,电缆投资大,现场施工工作量大。而且,如不增加电压闭锁回路,在发生TA断线情况时,保护的可靠性较低。
2.2 利用各开关柜内综合保护构成的母线快速保护方案
其原理是利用各开关柜综合保护提供的故障信息(硬接点),经汇总后进行综合分析和逻辑判别,来实现低压侧母线短路故障的快速切除。母线故障的快速保护功能“镶嵌”在进线保护装置及分段保护装置内,不以独立的母线保护装置形态出现。
出线上的所有单元的瞬时动作接点并联后接入后备保护装置,以闭锁后备保护装置的母线速断保护。当故障发生在母线之外,则必有某一个回路的综合保护发出闭锁信号,这样进线保护(或分段保護)被可靠闭锁;如果故障发生在母线上,则进线保护接收不到闭锁信号,经一短延时(该延时主要是为躲开暂态过程,提高保护可靠性,一般小于100ms)后出口跳闸。在母线区域内发生故障时,将快速切除进线断路器,在用分段断路器带母线运行时,保护将快速切除分段断路器。
该方案的特点是在构成上不需要增加和改变TA和TV设备和回路,只是在综合保护上增加构成母线快速接点的配合接点,增加的电缆也不多。其缺点一是变压器低压侧并列运行,无法正确选择故障母线;二是低压侧出线如为有源线路,无法区分母线和线路故障;三是对相继故障(线路故障转为母线故障)。因此,此方案可作为220kV及以上变电站中分段运行及无电源出线,且现有TA配置不满足加装母差保护要求的低压侧母线的快速保护。
3 发电厂6kV厂用母线保护改进的可行性探讨
3.1 为分支增设限时速断保护的改进方案
(1)根据不同发变组的具体情况,在原有分支过流的基础上增设一段限时速断,电流定值按躲开该母线的启动电流,且6kV母线故障有一定的灵敏度来整定,时限只与6kV负荷开关的电流速断保护配合,按大于负荷开关速断保护的动作时间与6kV开关的掉闸时间之和的原则,一般取为0.5～1.0S。(2)将原有的分支过流电流定值按大于最大负荷电流乘以一定的可靠系数重新整定,时间则按躲过6kV大型电动机的启动时间整定。(3)对于高备变的分支保护,因可能还需要各工作段的备用进线开关配合,所以可将备用进线开关按上述方法改造。
提出这样的改进方案的出发点在于增加的限时速断不但可以作为6kV负荷开关的后备保护,而且还可作为厂变出口故障的主保护,以减少厂高变的损坏概率,将原有分支过流整定值放低后,在大多情况下可作为厂低变及高压电动机的后备保护。
3.2 为6kV母线加装简易母线保护
由于厂用6kV母线出线开关数量大,采用常规的电流求和构成的典型母差保护显然不合理,在不增加各负荷开关TA的情况下,可以只用各负荷开关的原保护动作信号及分支开关的保护动作信号经相应的逻辑电路来实现母线保护的功能。
3.3 为6kV母线加装弧光保护
该保护利用6kV母线及开关柜内发生故障时必有弧光产生的现象,在每个柜内或几个柜中装设一个弧光检测探头,当检测到弧光信号后,经很小的延时断开分支开关切除故障。为提高保护的抗干扰能力,可用分支过流保护的动作接点加以闭锁,即在有弧光产生且分支过流继电器动作时,保护出口断开分支开关。
4 结语
综上所述,电力系统低压侧常规的保护方案显然不能满足快速切除故障的要求,在变电站的低压母线和发电厂6kV厂用母线上装设快速保护是很有必要的,对电力系统的安全稳定优质运行具有非常重要的意义。
参考文献
[1] 刘翠,王志南.10kV变电所母线保护的分析与应用[J].当代化工2010.
[2] 董杰,黄生睿,刘全,杜振华,张友.电厂6kV系统级联保护方案[J].电力系统保护与控制,2010.
[3] 范锡普.发电厂电气部分[M].电力出版社.