鋼鐵廠余熱電站繼電保護設計研究

孫家營

(濟南鋼鐵集團總公司 濟鋼集團國際工程技術有限公司,山東濟南 250101)

鋼鐵廠余熱電站繼電保護設計研究

孫家營

(濟南鋼鐵集團總公司 濟鋼集團國際工程技術有限公司,山東濟南 250101)

本文對鋼鐵廠余熱電站的繼電保護設計進行了詳細分析,并分別對電站一次主接線、繼電保護配置及保護監控系統詳細分析介紹,提出了一套適合鋼鐵廠余熱電站的繼電保護設計方案,對該類型電站的保護設計提供了參考。

余熱電站 繼電保護 主接線

隨著國家對鋼鐵冶金企業節能減排的政策力度加大，鋼鐵廠為降低企業成本，越來越多的余熱回收利用和發電項目立項建設。鋼鐵廠余熱發電項目主要有燒結余熱發電、煉鋼、軋鋼飽和蒸汽發電、干熄焦余熱發電及高爐煤氣發電等。相對于獨立的火力發電廠或水力發電廠，鋼鐵廠余熱電站具有機組小、較分散、受熱源影響波動大的特點。余熱電站機組容量一般為6MW～25MW，一次主接線較簡單。針對余熱電站的特點，電站發電系統繼電保護設計不能照搬大型發電廠的典型設計，應綜合考慮鋼鐵廠余熱工藝的特點，制定適合鋼鐵廠余熱本身的繼電保護設計。

根據近年來多個鋼鐵廠余熱電站的設計及運行經驗，對余熱電站在設計、并網及運行中存在的問題進行了梳理，并做了一些研究工作，制定出鋼鐵廠余熱電站的繼電保護合理設計方案。本文以干熄焦發電項目為例，詳細討論繼電保護配置及設計情況。

1 余熱電站一次主接線及配置

考慮到鋼鐵廠余熱電站受鋼鐵工藝的影響較大，并且機組容量較小，一般電站并網到鋼廠內部供電網絡，不直接并入供電部門公用電網。電站主接線設一路發電并網聯絡線，一路備用電源進線。一次主接線采用單母線分兩段，I段設有發電機回路、廠用變壓器回路及廠用電動機回路，II段設有廠用變壓器回路及廠用電動機回路。發電機出口設為同期點。

2 繼電保護功能配置設計

2.1 聯絡線保護及分散保護設計

變壓器保護測控單元主要功能:高壓側速斷、過流保護、高壓側零序電流(接地)保護、低電壓保護、非電量保護。

電動機保護測控單元主要功能:速斷保護、過負荷保護、零序電流(接地)保護、不平衡(斷相反相)保護、低電壓保護、自啟動控制、啟動時間過長保護、堵轉保護、實際啟動電流及啟動時間顯示、過熱跳閘記憶及強制復歸、過熱報警、諧波分析記錄功能。保護單元可實現定時限與反時限兩種過流保護功能。

中央信號監控裝置主要功能:完成全所事故信號和預告信號報警輸出，并在主機處聲光報警。

2.2 發電機控制和保護

發電機保護裝置主要功能:發電機差動保護、發電機過負荷保護、低電壓閉鎖過電流保護、轉子一點接地保護、轉子兩點接地保護、發電機過電壓保護、定子接地保護、定子匝間短路保護、發電機低阻抗保護、發電機逆功率保護、發電機負序過負荷保護、發電機失磁保護、滅磁開關聯跳、熱工保護、發電機低頻保護、其它必要的保護。

自動/手動同期裝置(同期屏)主要功能:采用自動準同期方式，供發電機并網開關用，確保捕捉第一次出現的并網時機及在零相角差時完成并網，具備TV二次回路斷線的低壓閉鎖功能。同期并網采用柜前操作。

發電機采用無刷勵磁系統，自帶勵磁調節柜，滿足自動與手動勵磁調節及強勵磁的要求，勵磁控制實現主從無擾切換，配置恒電壓自動調節(AVR)、恒無功自動調節(AQR)與恒功率因數自動調節系統，實現電壓、無功功率及功率因數的自動調節。

發電機的起動、運行、停機，均有嚴格的邏輯要求，采用DCS系統控制，邏輯功能、聯鎖保護由DCS、ETS系統軟件編程實現。

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3 保護監控系統設計

電站采用1套10kV微機保護及監控系統，用于汽輪發電機組及其它廠用配電裝置的電氣參數控制監測及數據處理，預留與上級變電所、DCS系統的進行信息傳送接口。

微機保護及監控系統采用分層分布式、開放的系統結構。系統設備配置縱向分為兩層:站控層和間隔層。站控層:由監控主站構成，設在主控制室內，采用工業級以太網絡結構?？蓪崿F對全部一次設備(發電機組及10kV配電系統)的監視、測量、控制、管理、記錄和報警等功能，同時可與電站DCS系統實現通訊，完成與DCS系統的相關數據信息交換，共設一臺監控主機。

間隔層:由分散布置的微機綜合保護裝置構成;其中，發電機、聯絡線的綜合保護裝置集中組屏設在電站電子設備間內，其余10kV開關柜的綜合保護裝置分別裝在各自的開關柜內。間隔層網絡采用RS485或CAN網絡方式與通信管理機通信。

系統完成對全廠電氣系統的控制、監視、測量、管理、記錄和報警等功能。以太網與現場總線通過智能通訊管理機實現網絡規約轉換。

4 主要監視和控制的功能

保護功能:對變電所內的10kV供配電設備(如變壓器、進線、饋出線斷路器等)提供保護功能。

數據采集功能:對電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、功率因數、頻率和變壓器溫度等數據進行采集，同時還可采集各高壓斷路器的開閉狀態信號。

顯示功能:實時顯示所檢測的系統中各種參數及供配電系統畫面。

控制功能:通過顯示器和鍵盤操作對系統范圍內的10kV供配電設備的斷路器進行開關控制。

信號報警功能:實時進行故障報警。當供配電設備發生事故跳閘、事故預告、電流電壓越限等故障時，能及時給出聲光報警信號，同時能顯示出故障類別。

打印報表功能:對電能消耗量等進行累積計算，按日、月、季度或年打印出報表;并能打印電力負荷曲線等趨勢圖。

5 結語

根據鋼鐵廠余熱電站的特點，結合多年來該類型電站的設計及運行經驗，本文對余熱電站繼電保護設計進行了詳細分析，并制定出合理的解決方案。該繼電保護設計方案相比傳統設計更加簡單可靠、安全穩定，并在多個發電項目中應用，效果良好。

[1]GB/T 50062-2008.電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范.中國計劃出版社,2009.

[2]吳競昌.中國電力百科全書[M].中國電力出版社,1995.

[3]何仰贊,等.電力系統分析[M].華中理工大學出版社,1984.

孫家營(1981—),男,山東濟南人,中級工程師,碩士學位,畢業于西華大學,主要研究方向為電氣工程。