雷 寧，黃 超，李 江

(蘇州熱工研究院有限公司，廣東 深圳 518124)

0 引言

目前，過流保護和差動保護在電力行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，但是某電廠采用兩機并聯(lián)的擴大單元接線方式的發(fā)電機，按以上原理配置的保護卻存在無選擇性的問題。針對此問題提出改進方案，以消除并聯(lián)運行的發(fā)電機誤跳閘的風險。

1 擴大單元接線方式保護配置

為了提高供電可靠性，適應(yīng)機組靈活的啟停需求，某大型電廠的重要敏感設(shè)備需要通過擴大單元接線方式的發(fā)電機組進行供電。每臺發(fā)電機均配置1臺斷路器和1套單獨的保護裝置，以確保單臺機組運行、檢修或者是故障工況下，不會對另外一臺機組有影響，其配置如圖1所示。

圖1 擴大單元接線保護配置

該電廠2臺發(fā)電機組分別配置過電流速斷保護、過電流延時保護、差動保護、逆功率保護、過壓保護、勵磁保護以及斷路器過流速斷和過流延時保護。擴大單元接線保護定值單如表1所示。

2 保護配置問題分析

由于擴大單元接線方式存在單臺機組運行或2臺機組運行的方式，方向元件難以整定，故未配置。2臺機組之間過流速斷保護、斷路器過流速斷保護無時間和方向選擇的配合，導(dǎo)致保護動作無選擇性，將會引起非故障機組誤跳閘風險，屆時將會引起2臺發(fā)電機同時跳閘，2路電源同時失電。

表1 擴大單元接線保護定值單

例如，當發(fā)電機A內(nèi)部發(fā)生短路故障時，其差動保護、過流速斷保護以及發(fā)電機B的過流速斷保護和斷路器本體的速斷保護均會瞬間動作，屆時將跳開發(fā)電機A和B出口斷路器，導(dǎo)致下游設(shè)備的供電可靠性得不到保證。

3 保護配置優(yōu)化方案

針對2臺機組保護配置無選擇性動作的缺陷進行優(yōu)化，并制定了以下2種方案：

(1) 取消過流速斷保護和斷路器速斷保護；

(2) 取消過流速斷保護和斷路器速斷保護，增加母差保護。

對2種方案的優(yōu)缺點進行了分析、對比，如表2所示。通過表2可以看出，方案1較方案2更為簡單可行，可保證保護裝置有選擇性地跳開故障回路，但需要對發(fā)電機、電纜和母排的熱穩(wěn)定性進行校驗。

3.1 發(fā)電機的熱穩(wěn)定校驗

發(fā)電機的短路電流：

式中：Ik為穩(wěn)態(tài)短路電流，A；為暫態(tài)短路電流，A；為次暫態(tài)短路電流，A；SB為發(fā)電機容量，kVA；UN為發(fā)電機額定電壓，V。

表2 保護配置優(yōu)化方案對比

查詢發(fā)電機產(chǎn)品手冊：穩(wěn)態(tài)電抗Xd=0.800；暫態(tài)電抗=0.122 8；次暫態(tài)電抗=0.093；SB=400 kVA；UN=260 V。

因此，當發(fā)生差動保護區(qū)外故障時，若保護動作時間設(shè)置為0.4 s并考慮斷路器全開斷時間為0.2 s。

短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)估算：

式中：Qt為短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，kA2·s；Qz為短路電流周期分量引起的熱效應(yīng)，kA2·s；Qf為短路電流非周期分量引起的熱效應(yīng)，kA2·s；t1為非周期分量等效時間，s；t2為保護動作分斷時間，s。

發(fā)電機能承受的熱效應(yīng)為：

式中：Ith為沖擊電流，A；tth為沖擊電流持續(xù)時間，s。

根據(jù)發(fā)電機廠家資料：Ith=3IN；tth=2 s。

因為短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)Qt小于發(fā)電機能承受的熱效應(yīng)Q，所以當發(fā)生短路故障時，能夠保證發(fā)電機的安全。

3.2 電纜的熱穩(wěn)定校驗

當Qt為1.79 kA2·s時，電纜最小截面積為：

其中c=137(銅芯電纜)。

現(xiàn)場所選用的電纜截面為150 mm2，可以滿足熱穩(wěn)定要求。

3.3 母線的熱穩(wěn)定校驗

核算母線熱穩(wěn)定性，確保發(fā)生短路時，母線能夠滿足熱穩(wěn)定要求。通過查找發(fā)電機出口斷路器柜產(chǎn)品資料，母線短路耐受電流為50 kA，峰值耐受電流為105 kA，由計算得出穩(wěn)態(tài)短路電流Ik=1.11 kA；暫態(tài)短路電流=7.23 kA；次暫態(tài)短路電流=9.55 kA，母線滿足熱穩(wěn)定要求。

綜上所述，當差動保護區(qū)外出現(xiàn)過流故障時，發(fā)電機、斷路器、母線等元件均可承受0.4 s的短路電流。因此，取消2臺發(fā)電機的過流速斷保護和斷路器速斷保護的方案可行。當發(fā)電機內(nèi)部短路故障時由差動保護作為主保護，由過電流定時限保護以及出口斷路器的2段定時限保護作為后備保護。

4 區(qū)內(nèi)/區(qū)外故障狀態(tài)下保護動作分析

差動保護具有明確的選擇性，可依據(jù)差動電流為判據(jù)來識別故障范圍，當出現(xiàn)單臺發(fā)電機內(nèi)部故障或者是差動保護兩側(cè)電流互感器之間發(fā)生短路故障時，發(fā)電機差動電流突然增大，將會瞬時跳開該臺發(fā)電機的出口斷路器，此時2臺發(fā)電機的過流保護裝置均不會動作，不會影響另一臺發(fā)電機的正常工作。當出現(xiàn)發(fā)電機區(qū)外故障時，差動保護裝置檢測到CT1與CT3之間無差流，不會動作。2臺發(fā)電機的過流保護延時0.4 s后動作，分別跳開發(fā)電機出口斷路器，此時差動保護不會動作。

5 結(jié)束語

對擴大單元接線方式的發(fā)電機單元保護配置存在的無選擇性缺陷進行了分析，提出了2種解決方案。比較后，選擇了取消發(fā)電機過流速斷保護和斷路器速斷保護，保留原有其他保護的方案。優(yōu)化后的保護配置克服了原保護配置中過流速斷保護和斷路器速斷保護不具有選擇性的缺點，消除了單臺機組故障時跳開所有機組的風險，確保了重要敏感設(shè)備供電的可靠性。