带直配母线的小电源机组电流解列保护研究

王志龙

（梅山钢铁公司热电厂，南京 210039）

带直配母线的小电源机组电流解列保护研究

王志龙

（梅山钢铁公司热电厂，南京 210039）

带有直配母线的小电源机组的电流解列保护，受母线上其他负荷起停的影响较大，易造成保护误动，设计较为困难。本文通过实验研究探索了一种非常规的保护实现方法，通过调整保护所需要的机组定子电流的采集位置，有效解决了机组的解列保护配置的问题，既满足了电网系统安全的需要，又实现了直配母线上其他负荷的正常使用。

解列保护；小电源；直配母线；故障

在电网系统故障情况下，位于系统各终端的小电源发电机组通常无法提供足够大的故障电流以使故障点两侧的开关正确动作，从而导致故障点无法及时隔离，甚至造成事故扩大，因此为了保证系统的安全运行，继电保护通常设计优先解列小电源发电机组，再通过重合闸判断故障性质，进而确保系统的安全［1］。然而小电源发电机组多为企业自备的余热、循环利用机组，且这些小型机组在设计过程中多为带有直配厂用母线的接线方式，而非大机组的单元制接线。从而造成此类机组的解列保护配置与厂用电负荷起停之间产生矛盾，难以取舍。本文通过对梅山钢铁公司热电厂#1机组的现场试验进行研究，提出通过改变电流采样位置的方式，解决了上述矛盾。

1　机组接线方式及存在的问题

1.1电气系统的接线方式

1#发电机组为背压式汽轮机发电机，该机组主要作为热电厂中压蒸汽热网的蒸汽来源，设计经济热负荷约250t/h，电负荷约8MW。发电机出口额定电压为 6.3kV，额定容量为 12MW，发电机经出口608开关和闸刀接于6kV 0段母线，并将6kV 0段进线600开关与系统并网运行（如图1所示），由于6kV 0段母线上接有电动给水泵等大型电气设备，最大负荷为电动给水泵电机，额定容量为2.5MW。

图1　电气系统接线方式

1.2保护设计存在的问题

当电网系统发生故障时，#1发电机将通过出口608开关经6kV 0段进线600开关、#1主变向110kV电网故障点提供故障电流，然而#1发电机组容量较小，所提供的短路电流无法达到系统故障时距离故障点最近的线路开关保护动作电流值，从而造成系统开关无法及时切除故障点，进而可能造成事故扩大。因此系统保护配置采取提高保护灵敏度，并通过重合闸切除瞬时故障的方式实现系统供电的可靠性。然而#1发电机组的存在，快速重合闸可能造成系统非同期，不利于系统的稳定，因此要求#1发电机组加装解列保护，当系统故障时，在重合闸前解列发电机组，确保重合闸的可靠性。按正常继电保护配置方案，#1发电机电流解列保护的电流采集点应在#1发电机出口608开关处，可以真实反映发电机的机端电流变化，由于直配母线的存在，导致#1发电机电流解列保护会在6kV 0段设备起动过程中发生误动，从而影响厂用电系统的正常运行。

可以将6kV 0段看作是一个双侧电源供电的节点，当6kV 0段设备起动时，起动电流可以从#1发电机组和#1主变两个方向供给，其电流分配由二者阻抗大小决定。然而从电机学可知［2］，容量相近的变压器和发电机相比，发电机的负载阻抗远小于变压器。因此，设备起动过程中，起动电流将主要由发电机供给。

1.3电网系统下发保护整定值

为了配合城市环境整治需要，热电厂按要求停用燃煤，仅以煤气作为锅炉燃料，#2发电机因蒸汽不足停役。经上述调整后，热电厂110kV正母系统仅有#1发电机运行，电网故障发生时，电气系统原有保护配置无法可靠动作，影响厂用电系统的稳定性。

经与供电公司协商，只有通过在#1发电机加装低压解列保护和过电流解列保护，在系统故障时通过该保护将#1发电机解列，从而提高110kV正母系统的稳定、可靠供电。为此供电公司下发了一组保护整定值［2］（表1），要求热电厂按定值单执行。

表1　保护整定值

2　解决此类问题的一般方式

针对这一问题，在目前一般可采取以下几种方法解决。

1）发电机出口加装电抗器

为减小大型设备起动时发电机供给的起动电流，从而防止保护误动，加装电抗器后，一般能够解决设备起动的问题。但该方法也存在诸多弊端，如增加电抗器的投资较大；电抗器需要增加相应的设备维护；在电力系统中增加一台设备，就相当于增加了一个故障点；电抗器的存在可能会降低发电机其他保护的可靠性等问题。

2）大型设备起动时，将发电机解列

该方法仅适用于发电机容量很小，且频繁起停对相关系统无影响或影响轻微的发电机组。但频繁起停发电机组，对机组本身的损害也是不可避免的。

3）大型设备起动时，解除解列保护

该方法避免了发电机组的频繁起停，减少了起停对发电机组的损害，也降低了值班人员的劳动强度。但通过解除保护的方式避免保护误动却给生产运行系统埋下了重大隐患，一旦在该过程中发生故障，将造成保护无法动作，严重时可能造成重大系统事故。

3　带直配母线的小电源机组电流解列保护的试验研究

3.1改进思路

鉴于热电厂#1发电机组接线方式固有的弊端，以及提高厂用电稳定性的需要。结合#1机所在电气系统的接线特点，将#1机过电流解列保护进行适当调整，改变电流量的采集位置。电流采集点由常规的608开关处，移至6kV 0段进线600开关处。从而将#1机供给的6kV 0段设备起动电流与系统故障电流区分开。

3.2改进试验

1）#1发电机组正常运行，起动电动给水泵时608开关处电流变化

如图2所示，采用福禄克F199C型示波器对起动过程进行录波。起动前#1发电机出口608开关处电流约为570A，示波器显示起动过程中瞬间最大峰值电流为 101.6mA（示波器电流与发电机二次电流比为1：100），折算至有效值为71.8mA，折算至发电机二次电流为 7.18A，折算至发电机一次电流为2154A（TA变比为1500/5）；起动时间约1.6s。起动过程中瞬间最大电流在2100A以上，但该电流持续时间很短，小于1s；但起动电流在1900～2000A之间的持续时间超过1s；起动过程中电流远大于过流解列保护定值1300A，且持续时间远大于1s；因此，过流解列保护电流采集点在608开关处将无法躲过电动给泵起动电流。

图2　发电机组正常运行，起动电动给水泵时608开关处电流

2）#1发电机组正常运行，起动电动给水泵时600开关处电流变化

图3　发电机组正常运行，起动电动给水泵时600开关处电流

在上述起动过程中，同时使用示波器记录了600开关处的电流变化，如图3所示。由波形可以看出，起动初期600开关处电流有一个瞬间增大过程，但数值仅为 1000左右，且持续时间仅 0.1s左右，远小于1s，且随后电流下降直至反向，但整个过程电流都达到动作值，因此若将电流采集点移至600开关处，则可以实现保护电流躲过6kV 0段电气设备的正常起动电流。

3.3试验结论

通过上述试验结果可以看出，当将电流采集点移至600开关处时，保护能够躲过设备正常起动电流，且通过理论分析，当系统发生故障时，1#机出口608开关电流和600开关电流应近似相等，因此可以实现系统故障时保护的正常动作。

4　结论

热电厂#1发电机组采纳了改变采集点实现保护正确动作的改造方案，并投入使用，经过半年多的试运行，6kV 0段电气设备起动多次，未发生保护误动作情况，达到了改造要求，确保了厂用电系统稳定正常。

发电机接于直配母线后并入电网系统运行的机组目前仍大量存在，本技术方案简单、可靠、无需额外投资，并有效的解决了解列保护误动的问题，因此该方案可以应用于类似机组的保护改造中。

［1］ GB/T 14285—2006. 继电保护和安全自动装置技术规程［S］.

［2］ 李发海， 朱东起. 电机学［M］. 4版. 北京： 科学出版社， 2007.

［3］ 许正亚. 发电厂继电保护整定计算及其运行技术［M］. 北京： 中国水利水电出版社， 2009.

With Straight Column with Small Power Unit Current Solution of Busbar Protection Research

Wang Zhilong
（Power Plant of Meishan Iron& Steel Co.， Nanjing 210039）

With rection busbar， the current solution column protection of small power supply units ，its strongly influenced by other load start-stop on bus， cause protection misoperation easily，it's difficult to design.In this paper， through experimental study to explore a kind of unconventional protection method，through adjusting unit needed to protect the acquisition of the stator current location，effectively solve the problem of solution column protection configuration of the unit.Satisfy the need of the power system security， and realize the rection on other bus load is normal.

solution column protection； small power supply； rection bus line； the fault

王志龙（1981-），男，江苏南京人，工程师，主要从事模发电厂电气设备继电保护专业工作。