大型火電廠廠用電系統若干問題的探討

摘要：結合某些大型火力發電廠廠用電系統中出現的問題，對廠用電系統中的一些問題進行了分析，探討廠用電系統中輔機工作電源分布對機組運行的影響，提出了廠用電系統保護配置、設備選型、輔機控制電源等方面應注意的問題。

關鍵詞：電源分布；零序保護；F-C回路；整定計算；設備選型

作者簡介：程琪（1979-），女，安徽安慶人，安徽安慶皖江發電有限公司設備部，助理工程師。（安徽 安慶 246008）

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）20-0223-02

現代大型火力發電廠的單機容量大，輔機數量多，輔機的安全運行直接影響到機組的安全運行。作為輔機供電電源的廠用電系統承擔著重要的責任，廠用電系統設計、廠用電系統繼電保護的整定、設備選型、輔機控制對機組的安全穩定運行至關重要。

一、輔機電源及控制

1.輔機電源分布

2005年某廠 300MW機組曾發生過某6kV公用段三相短路，造成機組跳閘事件。三相短路的6kV公用段由運行機組的某6kV工作段供電。短路發生后，兩母線段聯絡開關的過流保護正確動作切除故障母線后機組仍然跳閘。2010年某廠 600MW機組發生高壓工作母線上的一臺循環水泵電機三相短路，循環水泵電機繼電保護正確動作切除故障，但機組仍然跳閘。兩起停機事件最終檢查發現與輔機電源的分布不合理密切相關。第一起母線短路時，由該工作母線通過低壓工作變壓器供電的低壓母線失電，造成由該母線供電的給煤機失電，由于有工藝聯鎖要求的磨煤機和給煤機的工作電源沒有對應，最終造成鍋爐全燃料中斷機組非停。第二起循環水泵三相短路造成母線及由該高壓母線供電的低壓母線電壓瞬間下降，由于空預器主電機電源分布不合理，造成兩臺空氣預熱器主電機電源的接觸器失電釋放，由于空預器輔助電機自投時間與空氣預熱器全停鍋爐MFT設置時間不匹配造成空預器輔助電機沒來得及自投鍋爐已MFT。

現代大型火力發電廠每臺機組的廠用電系統一般根據機組容量不同均設有兩個或兩個以上的電壓等級，如6kV、0.4kV或10kV、3kV、0.4kV。一般每臺機組的高壓工作廠用母線應不少于兩段，相同功能的輔機有兩臺及以上時應分接在兩段母線上；每臺機組的低壓廠用母線應不少于兩段，也將雙套的輔機分接在兩段母線上，高壓公用輔機分接在高壓公用母線段上。

DL/T 5153-2002《火力發電廠廠用電設計技術規定》規定：工藝上有聯鎖要求的I類高低壓電機應接于同一電源通道上。如直吹式鍋爐的給煤機與磨煤機應一一對應，工作時需要輔助電源的輔機，其輔助電源也應與主電源從同一電源通道上取得，如引風機、送風機電機電源和其油泵電機電源；空壓機主電源與其工作時需要的輔助電源。發生以上停機事件的兩廠，廠用電設計時均沒有嚴格執行此規定。

2.低壓輔機二次回路控制電源

火電廠中許多低壓輔機使用交流電源控制，操作電器為交流接觸器的供電回路，當母線上某負載回路發生短路或為該母線供電的變壓器高壓側系統中發生短路時，該母線電壓下降。一般負載的速斷保護動作加上開關跳閘時間約100ms，交流低壓輔機的交流控制電源電壓下降將會造成接觸器釋放，影響到機組的安全運行。

某些電廠為防止某些重要低壓輔機在母線電壓下降時跳閘，使用UPS電源作為一些低壓輔機控制電源，如鍋爐空氣預熱器主、輔電機，真空泵，EH油泵、潤滑油泵，定子冷卻水泵等。以鍋爐空氣預熱器主電機為例，使用UPS電源作為控制電源后，母線失壓時接觸器不會釋放，DCS將會判斷鍋爐空氣預熱器主電機在運行狀態，輔助電機將無法投入，此種情況下必須裝設母線低電壓保護。筆者認為應使用UPS作為控制電源解決因其他設備故障造成接觸器釋放的問題，但當本母線故障或為母線供電的回路出現故障切除后，將降低輔機自投的可靠性。低壓輔機使用本母線的電源作為交流電源控制還是選擇UPS作為控制電源應綜合考慮各自單位設備運行可靠性后確定。

二、廠用電系統繼電保護

1.接地保護電流互感器與電纜的配合

高壓廠用電系統的接地保護一般使用獨立的電流互感器，動力電纜穿過該電流互感器，動力電纜的終端頭位于電流互感器的上部，此種情況下電纜接地線必須從電流互感器回穿，消除電纜金屬屏蔽層的電流。在現場安裝使用中，由于電纜終端頭、開關柜安裝空間等問題，一些電流互感器安裝在電纜頭的上部，動力電纜終端頭位于電流互感器的下部，現場安裝時往往因為安裝人員的疏忽、安裝習慣、對接地線穿越的理解等原因，也將接地線穿越電流互感器，此種情況下動力電纜的接地線不得穿過電流互感器，安裝時必須加以注意，否則將會造成接地保護拒動。

2.真空接觸器—熔斷器應用實例

真空接觸器—熔斷器組合電器（F-C）在電廠中獲得了廣泛的應用。F-C回路中接觸器的額定開斷電流一般遠小于熔斷器。以某型號真空接觸器為例，其額定開斷電流為3.2kA，當短路電流超過此電流時，應由熔斷器熔斷斷開回路，而非由接觸器跳閘斷開回路。

電動機電流速斷保護按躲過電動機的啟動電流整定，綜合保護裝置電流達到速斷值后便會立即動作。但對于F-C回路的短路故障，故障電流可能已超過接觸器的額定開斷電流，為此在整定時，如綜合保護裝置需配置電流閉鎖功能，故障電流超過接觸器的額定開斷電流時必須閉鎖速斷保護；否則，此類速斷保護應改為限時速斷保護，其動作時間必須與熔斷器的熔斷時間配合，即限時速斷保護的延時必須比整定電流下熔絲熔斷時間大一個級差，這樣才能保證短路電流大于接觸器的額定開斷時由熔斷器切除故障電流。同樣，電動機過負荷保護必須與熔斷器的安秒特性曲線配合，反時限過負荷曲線在電流大于接觸器的額定開斷電流時必須在熔斷器安秒特性曲線右側，即電流大于接觸器的額定開斷電流時必須由熔斷器先熔斷切除回路。電動機綜合保護的動作時間與熔斷器安秒特性配合時，必須考慮熔斷器熔斷時間的離散性，時間級差應比一般的時間級差稍大。

3.不平衡保護整定問題

F-C供電的電動機在一相熔斷器熔斷的情況下，電動機將出現缺相運行情況。目前，F-C開關柜所采用的熔斷器均要求配撞擊器，撞擊器動作后切除電動機，但考慮到撞擊機構的可靠性、斷相運行的幾率及對設備的危害，通常另外裝設負序過流保護作為電動機的后備保護。

根據GBT 14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》的規定：2MW及以上電動機可裝設負序過流保護，F-C供電的電動機也裝設負序過流保護。負序過流保護的電流整定值一般與電動機額定電流接近。在高壓廠用電系統中，當電動機區外發生不對稱故障時，故障點的負序電壓將在電動機中產生負序電流，以圖1典型的廠用電系統中K點發生兩相短路為例，其負序等效電路如圖2所示，圖中X2S為系統側的等效負序電抗，X2D為電動機的等效負序電抗。K點短路時應由高廠變的分支過流保護切除故障，故障切除前電動機中將會有負序電流流過，一般電動機綜合保護裝置中負序過流保護不帶方向，以某公司RCS-9626CN型電動機綜合保護裝置為例，其負序過流保護不帶方向，負序過流保護整定時必須防止外部故障造成電動機負序過流保護誤動。為此負序過流保護的動作時間必須大于分支過流保護動作時間。

4.電動機速斷保護整定

三、設備選型

1.低壓系統使用的電流互感器

400V廠用電中使用的電流互感器額定負荷一般較低，如5VA、10VA，往往電流互感器二次側的實際負載超過電流互感器的額定負載，造成電流互感器測量誤差很大；電流互感器也沒有嚴格區分使用對象，造成測量用電流互感器大量用于繼電保護回路，對繼電保護的安全運行造成隱患。為保證400V系統電流互感器誤差滿足繼電保護要求，應綜合考慮電流互感器選擇、保護安裝方式等，如盡量選用保護用電流互感器（此類電流互感器很少），選用二次額定電流為1A的電流互感器，其負載阻抗可為二次額定電流為5A的電流互感器的25倍；保護裝置就地安裝，減小負載阻抗，上例中某廠對類似的中性點零序過流保護改為就地安裝方式，電流互感器的二次負載基本為0.1Ω左右，滿足了電流互感器誤差的要求。

2.低壓中性點不接地系統使用的電壓互感器

四、結語

隨著火力發電廠單機容量的增大，機組的非計劃停運造成的損失大、影響范圍廣，為保證機組的安全運行，廠用電系統的設計必須嚴格按照規程要求，充分理解輔機的功能和作用，合理分布電源，認真做好繼電保護配置和定值整定工作及互感器的設備選型。

參考文獻：

[1]DL/T 5153-2002 火力發電廠廠用電設計技術規定[S].

[2]GB/T 14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].

[3]劉萬順.電力系統故障分析[M].北京：水利電力出版社，1986.

[4]DL/T866-2004 電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則[S].

（責任編輯：孫晴）