電力系統(tǒng)低壓母線保護(hù)分析探討

摘 要:文章對(duì)變電站主變低壓母線和發(fā)電廠廠用6kV母線保護(hù)的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，討論了裝設(shè)快速母線保護(hù)的必要性和可行性，并提出了實(shí)現(xiàn)母線快速保護(hù)的新方案。

關(guān)鍵詞:變電站發(fā)電廠低壓廠用母線快速保護(hù)

中圖分類號(hào):TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)05(a)-0077-01

在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級(jí)的母線由于沒(méi)有穩(wěn)定問(wèn)題，一般不要求裝設(shè)專用母線保護(hù)。但由于變電站的10kV系統(tǒng)出線多、操作頻繁、容易受小動(dòng)物危害、設(shè)備絕緣老化和機(jī)械損傷等原因，10kV開(kāi)關(guān)柜故障時(shí)有發(fā)生[1]。

經(jīng)運(yùn)行實(shí)踐表明，雖然近年來(lái)高壓開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)制造技術(shù)進(jìn)步很快，10kV母線發(fā)生故障的機(jī)率大為減少，但仍然有因個(gè)別開(kāi)關(guān)柜故障引發(fā)整段開(kāi)關(guān)柜“火燒聯(lián)營(yíng)”的事故發(fā)生，甚至波及到變壓器，直至造成變壓器的燒毀。

1 低壓側(cè)母線保護(hù)現(xiàn)狀

1.1 低壓側(cè)母線保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)標(biāo)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50062－92):對(duì)于發(fā)電廠和主要變電所的3～10kV母線及并列運(yùn)行的雙母線，只要在下列情況下才裝設(shè)專用的母線保護(hù):

(1)需要快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障，才能保證發(fā)電廠及電力網(wǎng)安全運(yùn)行和重要負(fù)荷的可靠供電時(shí);2)當(dāng)線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時(shí)。

在變電站的設(shè)計(jì)中，低壓側(cè)母線故障要靠主變壓器低壓側(cè)的后備保護(hù)來(lái)切除。

常見(jiàn)的220kV(110kV)變電站低壓母線，在主變低壓側(cè)母線或斷路器發(fā)生故障時(shí)，要靠變壓器低壓側(cè)的過(guò)流保護(hù)跳開(kāi)斷路器來(lái)切除故障。同樣的問(wèn)題也存在于發(fā)電廠的6kV(10kV)廠用電系統(tǒng)，當(dāng)中壓廠用電系統(tǒng)發(fā)生母線故障時(shí)，要靠廠用變壓器或啟動(dòng)/備用變壓器低壓側(cè)的過(guò)流后備保護(hù)來(lái)切除。

目前，我國(guó)6kV系統(tǒng)保護(hù)的整定原則無(wú)具體要求，各電廠整定值大多是參考電網(wǎng)后備保護(hù)的原則，一般在1.5～2.0s。確定分支過(guò)流動(dòng)作時(shí)間，應(yīng)首先按變壓器的熱穩(wěn)定能力確定變壓器的最長(zhǎng)允許切除時(shí)間。

1.2 對(duì)低壓側(cè)母線保護(hù)的技術(shù)要求，主要包括以下幾個(gè)方面

(1)保護(hù)可靠性要求高，不允許拒動(dòng)和誤動(dòng)。特別是對(duì)防止誤動(dòng)的要求更高，如果是發(fā)生誤動(dòng)，后果很嚴(yán)重。(2)保護(hù)的構(gòu)成應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單。不大量增加一次設(shè)備(如電流互感器)和外部電纜，而且施工和改造工作簡(jiǎn)單易行。(3)保護(hù)不受運(yùn)行方式的影響，可以自動(dòng)適應(yīng)母線上連接元件的改變。(4)保護(hù)既可獨(dú)立安裝，也可以適應(yīng)安裝在開(kāi)關(guān)柜上的運(yùn)行條件。

2 低壓側(cè)母線的保護(hù)

2.1 采用電流互感器第三個(gè)二次線圈構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的方案

為了解決在35kV、10kV系統(tǒng)發(fā)生母線故障時(shí)沒(méi)有快速保護(hù)的問(wèn)題，最直接的方案就是配置常規(guī)的微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)，把所有母線段上各回路的電流量引入差動(dòng)保護(hù)裝置。該方案保護(hù)可以集中組屏布置在繼電器室內(nèi)，也可以將保護(hù)布置在進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜上。

近幾年，具備三個(gè)二次線圈的電流互感器開(kāi)始出現(xiàn)和應(yīng)用，這為實(shí)現(xiàn)低壓母線短路故障的快速保護(hù)創(chuàng)造了有利條件。

但是在實(shí)施這一方案時(shí)，經(jīng)常會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)條件的限制。該方案的缺點(diǎn)是需增加的二次電纜較多，電纜投資大，現(xiàn)場(chǎng)施工工作量大。而且，如不增加電壓閉鎖回路，在發(fā)生TA斷線情況時(shí)，保護(hù)的可靠性較低。

2.2 利用各開(kāi)關(guān)柜內(nèi)綜合保護(hù)構(gòu)成的母線快速保護(hù)方案

其原理是利用各開(kāi)關(guān)柜綜合保護(hù)提供的故障信息(硬接點(diǎn))，經(jīng)匯總后進(jìn)行綜合分析和邏輯判別，來(lái)實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)母線短路故障的快速切除。母線故障的快速保護(hù)功能“鑲嵌”在進(jìn)線保護(hù)裝置及分段保護(hù)裝置內(nèi)，不以獨(dú)立的母線保護(hù)裝置形態(tài)出現(xiàn)。

出線上的所有單元的瞬時(shí)動(dòng)作接點(diǎn)并聯(lián)后接入后備保護(hù)裝置，以閉鎖后備保護(hù)裝置的母線速斷保護(hù)。當(dāng)故障發(fā)生在母線之外，則必有某一個(gè)回路的綜合保護(hù)發(fā)出閉鎖信號(hào)，這樣進(jìn)線保護(hù)(或分段保護(hù))被可靠閉鎖;如果故障發(fā)生在母線上，則進(jìn)線保護(hù)接收不到閉鎖信號(hào)，經(jīng)一短延時(shí)(該延時(shí)主要是為躲開(kāi)暫態(tài)過(guò)程，提高保護(hù)可靠性，一般小于100ms)后出口跳閘。在母線區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，將快速切除進(jìn)線斷路器，在用分段斷路器帶母線運(yùn)行時(shí)，保護(hù)將快速切除分段斷路器。

該方案的特點(diǎn)是在構(gòu)成上不需要增加和改變TA和TV設(shè)備和回路，只是在綜合保護(hù)上增加構(gòu)成母線快速接點(diǎn)的配合接點(diǎn)，增加的電纜也不多。其缺點(diǎn)一是變壓器低壓側(cè)并列運(yùn)行，無(wú)法正確選擇故障母線;二是低壓側(cè)出線如為有源線路，無(wú)法區(qū)分母線和線路故障;三是對(duì)相繼故障(線路故障轉(zhuǎn)為母線故障)。因此，此方案可作為220kV及以上變電站中分段運(yùn)行及無(wú)電源出線，且現(xiàn)有TA配置不滿足加裝母差保護(hù)要求的低壓側(cè)母線的快速保護(hù)。

3 發(fā)電廠6kV廠用母線保護(hù)改進(jìn)的可行性探討

3.1 為分支增設(shè)限時(shí)速斷保護(hù)的改進(jìn)方案

(1)根據(jù)不同發(fā)變組的具體情況，在原有分支過(guò)流的基礎(chǔ)上增設(shè)一段限時(shí)速斷，電流定值按躲開(kāi)該母線的啟動(dòng)電流，且6kV母線故障有一定的靈敏度來(lái)整定，時(shí)限只與6kV負(fù)荷開(kāi)關(guān)的電流速斷保護(hù)配合，按大于負(fù)荷開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與6kV開(kāi)關(guān)的掉閘時(shí)間之和的原則，一般取為0.5～1.0S。(2)將原有的分支過(guò)流電流定值按大于最大負(fù)荷電流乘以一定的可靠系數(shù)重新整定，時(shí)間則按躲過(guò)6kV大型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間整定。(3)對(duì)于高備變的分支保護(hù)，因可能還需要各工作段的備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)配合，所以可將備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)按上述方法改造。

提出這樣的改進(jìn)方案的出發(fā)點(diǎn)在于增加的限時(shí)速斷不但可以作為6kV負(fù)荷開(kāi)關(guān)的后備保護(hù)，而且還可作為廠變出口故障的主保護(hù)，以減少?gòu)S高變的損壞概率，將原有分支過(guò)流整定值放低后，在大多情況下可作為廠低變及高壓電動(dòng)機(jī)的后備保護(hù)。

3.2 為6kV母線加裝簡(jiǎn)易母線保護(hù)

由于廠用6kV母線出線開(kāi)關(guān)數(shù)量大，采用常規(guī)的電流求和構(gòu)成的典型母差保護(hù)顯然不合理，在不增加各負(fù)荷開(kāi)關(guān)TA的情況下，可以只用各負(fù)荷開(kāi)關(guān)的原保護(hù)動(dòng)作信號(hào)及分支開(kāi)關(guān)的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)經(jīng)相應(yīng)的邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)母線保護(hù)的功能。

3.3 為6kV母線加裝弧光保護(hù)

該保護(hù)利用6kV母線及開(kāi)關(guān)柜內(nèi)發(fā)生故障時(shí)必有弧光產(chǎn)生的現(xiàn)象，在每個(gè)柜內(nèi)或幾個(gè)柜中裝設(shè)一個(gè)弧光檢測(cè)探頭，當(dāng)檢測(cè)到弧光信號(hào)后，經(jīng)很小的延時(shí)斷開(kāi)分支開(kāi)關(guān)切除故障。為提高保護(hù)的抗干擾能力，可用分支過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作接點(diǎn)加以閉鎖，即在有弧光產(chǎn)生且分支過(guò)流繼電器動(dòng)作時(shí)，保護(hù)出口斷開(kāi)分支開(kāi)關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力系統(tǒng)低壓側(cè)常規(guī)的保護(hù)方案顯然不能滿足快速切除故障的要求，在變電站的低壓母線和發(fā)電廠6kV廠用母線上裝設(shè)快速保護(hù)是很有必要的，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)運(yùn)行具有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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[3]范錫普.發(fā)電廠電氣部分[M].電力出版社.