帶電抗器線路快速保護(hù)改造方案淺析

李國湘，林小磊，田壽濤

(中石化股份有限公司天津分公司 天津300271)

0 引 言

天津石化熱電部是天津石化公司自備電廠，肩負(fù)著為天津石化公司各個生產(chǎn)廠供電、供汽的任務(wù)。熱電部 110kV降壓站承擔(dān)著化工、聚酯、水務(wù)、公司機(jī)關(guān)等供電任務(wù)。

1 110kV降壓站6kV聚酯供電系統(tǒng)簡介

1.1 6kV聚酯供電系統(tǒng)進(jìn)線電源保護(hù)配置

聚酯供電系統(tǒng)進(jìn)線電源保護(hù)配置有主變差動保護(hù)、主變輕、(重)瓦斯保護(hù)、高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)、低壓側(cè)時限速斷保護(hù)、低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)、中性點(diǎn)零序過流、中性點(diǎn)間隙過壓(過流)、過負(fù)荷保護(hù)。其中低壓側(cè)時限速斷保護(hù)是聚酯6kV母差保護(hù)以外線路電抗器以上短路故障的主要保護(hù)(圖 1)，該保護(hù)是解決出線開關(guān)開斷容量不足而采取的補(bǔ)充措施[1]。

圖1 6kV聚酯供電系統(tǒng)進(jìn)線電源保護(hù)配置示意圖Fig.1 The indication drawing of power protection configuration in 6 kV polyester power supply system

1.2 6kV聚酯母線保護(hù)配置

6kV聚酯母線配置了完全差動母線保護(hù)(見圖2)，作為母差CT范圍內(nèi)多相短路的主保護(hù)。此外還配置了母聯(lián)開關(guān)死區(qū)保護(hù)、過流保護(hù)(帶復(fù)壓閉鎖)、母聯(lián)開關(guān)充電保護(hù)(帶復(fù)壓閉鎖的過流加速段)。其中過流保護(hù)為6kV母線至出線電抗器以上設(shè)備多相短路故障的后備保護(hù)，動作后跳開母聯(lián)634開關(guān)。

圖2 6kV聚酯母線保護(hù)配置Fig.2 The indication drawing of protection configuration in 6 kV polyester power bus

若母聯(lián)634開關(guān)和母聯(lián)CT之間發(fā)生故障，斷路器側(cè)母線跳開后故障仍然存在，正好處于CT側(cè)母線小差的死區(qū)，為此設(shè)置了母聯(lián)死區(qū)保護(hù)。該保護(hù)在差動保護(hù)發(fā)母線跳令后，母聯(lián)開關(guān)已跳開而母聯(lián)CT仍有電流，且大差比率差動元件及斷路器側(cè)小差比率差動元件不返回的情況下，將經(jīng)死區(qū)動作延時(定值為0.2s)跳開另一條母線。為防止母聯(lián)在跳位時發(fā)生死區(qū)故障將母線全切除，當(dāng)兩母線都有電壓且母聯(lián)在跳位時(即正常運(yùn)行方式)，母聯(lián)電流不計入小差。

2 6 kV聚酯饋線保護(hù)及存在問題

配置了限時過流保護(hù)，作為線路電抗器以下多相短路的主要保護(hù)，限時跳開出線開關(guān)(圖 3)。加裝電抗器的原因：母線短路電流較高，出線短路電流隨之升高(線路出口不帶電抗器達(dá) 34kA)，故障時母線殘壓較低。鑒于此采取了線路加裝限流電抗的措施，限制短路電流(15kA以下)[2]，維持母線殘壓(60%～80%以上)，根據(jù) DL/T 5222—2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定》5.0.6條的規(guī)定[3]，出線斷路器開斷電流按切除電抗器后故障選擇(31.5kA)。

圖3 6kV聚酯饋線保護(hù)配置圖Fig.3 The indication drawing of protection configuration in 6 kV polyester power feeder lines

聚酯出線保護(hù)存在的問題：出線帶電抗器，且不能切除電抗器前的短路時，按 GB/T 50062—2008《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》5.0.3條的規(guī)定，不應(yīng)配置速斷保護(hù)[4]。由于目前采用過流保護(hù)，其保護(hù)動作時間較長(1.3～1.5s)，無法快速切除故障，線路短路時容易造成系統(tǒng)晃電，不滿足電力系統(tǒng)“三道防線”中快速保護(hù)的要求。對于電抗器與開關(guān)之間的電纜保護(hù)，可能由變壓器低壓側(cè)的時限速斷動作切除故障而擴(kuò)大停電范圍。

根據(jù)《煉化企業(yè)繼電保護(hù)及安全自動裝置管理規(guī)定(試行)》(下文稱“2017年管理規(guī)定”)、《煉化企業(yè)電力系統(tǒng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)管理指導(dǎo)意見(試行)》(下文稱“2018年指導(dǎo)意見”)等要求，聚酯出線保護(hù)應(yīng)配置光纖縱差保護(hù)，聚酯裝置變電站宜裝設(shè)電源快速切換裝置，因目前保護(hù)和自動裝置不能滿足上述要求，威脅生產(chǎn)裝置安全運(yùn)行。

3 6 kV聚酯饋線保護(hù)問題的解決方案

據(jù)《天津石化電氣設(shè)備管理規(guī)定》(2015)3.3.1.5之規(guī)定，“35kV及以上和重要裝置變電所的6(10)kV電源聯(lián)絡(luò)線宜裝設(shè)光纖縱差保護(hù)”。“2017年管理規(guī)定”3.2.1.2規(guī)定“6(10)kV電源聯(lián)絡(luò)線宜裝設(shè)光纖縱差保護(hù)，當(dāng)線路短路故障使重要負(fù)荷的母線電壓低于額定電壓的 70%時，應(yīng)裝設(shè)光纖縱差保護(hù)”；“2018年指導(dǎo)意見”3.11.6.1規(guī)定“線路變壓器組、35kV和6(10)kV變電站的電源線路應(yīng)選用光纖縱差保護(hù)”。“2017年管理規(guī)定”3.2.7規(guī)定“自備熱電站應(yīng)裝設(shè)廠用電電源快速切換裝置，分列運(yùn)行的總變電站、區(qū)域變電站，應(yīng)裝設(shè)快速保護(hù)和電源快速切換裝置”；“2018年指導(dǎo)意見”3.11.6.5規(guī)定“為提高抗擾動能力，變電站電源進(jìn)線和母聯(lián)宜裝設(shè)電源快速切換裝置，同時應(yīng)配置線路縱差保護(hù)和高性能開關(guān)設(shè)備。系統(tǒng)電源快速切換配置方案應(yīng)按負(fù)荷性質(zhì)、反電勢、設(shè)備性能、同步機(jī)接入等因素綜合考慮”。根據(jù)以上行業(yè)文件的要求，聚酯出線配置光纖縱差保護(hù)(圖4)，為聚酯等生產(chǎn)裝置變電站配置電源快切裝置創(chuàng)造條件。若線路終端負(fù)荷站配置快切裝置，可與線路光差保護(hù)配合，線路故障時由光差保護(hù)跳閘的同時，啟動終端負(fù)荷站快切裝置，實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)的快速切換，將短路對系統(tǒng)引起的晃電影響降到最低。

圖4 6kV聚酯饋線保護(hù)解決方案Fig.4 The solution of protection configuration in 6 kV polyester power feeder lines

6kV線路保護(hù)按主保護(hù)(光差保護(hù))＋后備保護(hù)(過流保護(hù))合一的原則配置，保護(hù) CT取自開關(guān)下口，這樣可將開關(guān)至電抗器之間電纜納入線路保護(hù)范圍，使線路保護(hù)與母差保護(hù)無縫銜接，有效避免出線故障越級跳閘、擴(kuò)大停電范圍問題。但在極端情況下需予以特殊考慮：根據(jù)現(xiàn)有參數(shù)，出線斷路器額定開斷電流為 31.5kA，則開斷 34kA短路電流存在安全隱患。為了保證一定的安全裕度，線路光差保護(hù)應(yīng)設(shè)置高值閉鎖，按 10%的裕度(主要考慮 CT誤差、直流分量等)即取30kA。當(dāng)線路差動保護(hù)CT測量電流大于 30kA時，閉鎖線路光差(出線生產(chǎn)裝置側(cè)光纖縱差保護(hù)不閉鎖，瞬時動作跳閘并啟動快切裝置)，出線斷路器出口短路由主變壓器低壓側(cè)開關(guān)切除故障；當(dāng)線路差動保護(hù)CT測量電流由大于30kA降低為 30kA以下時，線路光差閉鎖解除，線路光差保護(hù)動作切除故障。

4 后續(xù)完善措施

根據(jù)《煉化企業(yè)電力系統(tǒng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)管理指導(dǎo)意見(試行)》1.3.3.2(4)中規(guī)定“10(6)kV 母線短路電流不超過 31.5kA”以及《煉化企業(yè)電力系統(tǒng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)管理指導(dǎo)意見(試行)》3.11.4.3(4)中“110/6kV變壓器容量不大于 31.5MVA”的規(guī)定，后期將對 4臺主變逐步進(jìn)行改造，采用容量 31.5MVA高阻抗變壓器，可將 6kV母線短路電流降至 31.5kA以內(nèi)[5]；或?qū)⒕埘ザ胃脑鞛殚_斷電流40kA開關(guān)柜。具備上述任一條件時線路光差可取消高值閉鎖。

5 結(jié) 語

通過給聚酯段出線配置光纖縱差保護(hù)，解決了聚酯段出線快速保護(hù)問題，解決了聚酯段出線故障越級跳閘、擴(kuò)大停電范圍的問題，為聚酯供電系統(tǒng)變電站配置電源快切裝置創(chuàng)造了條件，從而提高了安全供電水平。