付樹(shù)強(qiáng)

（國(guó)家能源集團(tuán)山西河曲發(fā)電有限公司， 山西 河曲 036500）

0 引言

電廠電氣設(shè)備的正常運(yùn)作， 一時(shí)一刻也離不開(kāi)繼電保護(hù)，換言之，沒(méi)有繼電保護(hù)的電力系統(tǒng)是不完整的、是不可能運(yùn)行的。 繼電保護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜的、系統(tǒng)的工作，整定計(jì)算作為其工作的核心，能有效切除故障設(shè)備、縮短停電時(shí)間、防止事故擴(kuò)大，對(duì)保障設(shè)備安全、機(jī)組穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。所謂繼電保護(hù)整定計(jì)算，就是根據(jù)設(shè)備參數(shù)、系統(tǒng)情況給出合理的定值，并使其滿(mǎn)足可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性四個(gè)基本要求。

1 電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算工作與電網(wǎng)整定計(jì)算工作的比較及其自身的特點(diǎn)

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、送變電線路、供配電所和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)， 也可簡(jiǎn)單地分為電廠和電網(wǎng)。相應(yīng)地，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象繼電保護(hù)也分為電網(wǎng)保護(hù)（線路保護(hù)）和電廠保護(hù)（元件保護(hù)）。

繼電保護(hù)整定計(jì)算工作是電廠繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)的一項(xiàng)重要工作，保護(hù)定值整定的正確與否，直接影響保護(hù)裝置的保護(hù)性能，并關(guān)系到被保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。 影響繼電保護(hù)裝置動(dòng)作正確與否的因素除保護(hù)裝置原理、 裝置設(shè)計(jì)制造水平外，很大程度上取決于正確可靠的整定計(jì)算。電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算工作的任務(wù)就是對(duì)各種短路故障和不正常工況進(jìn)行模擬計(jì)算和分析， 結(jié)合保護(hù)裝置原理和被保護(hù)設(shè)備電氣特性， 為電廠各種繼電保護(hù)裝置給出整定值[1-2]。

對(duì)發(fā)電廠而言，發(fā)電機(jī)、變壓器及廠用電系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算的基本任務(wù)是，在最初進(jìn)行保護(hù)裝置選型時(shí)，可通過(guò)整定計(jì)算確定其技術(shù)規(guī)范和要求； 對(duì)應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)裝置，通過(guò)計(jì)算給出合理的定值。

2 電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算工作基本思想和基本方法

下面結(jié)合河曲電廠一、 二期工程繼電保護(hù)整定計(jì)算的工作實(shí)際，將基本的整定計(jì)算步驟簡(jiǎn)要介紹如下：

首先需要了解電廠電氣系統(tǒng)的基本情況并建立技術(shù)檔案。包括主系統(tǒng)接線圖、廠用電系統(tǒng)接線圖。同時(shí)，收集發(fā)電機(jī)、主變、高壓廠、低壓廠、電抗器、高壓電動(dòng)機(jī)、低壓電動(dòng)機(jī)等不同電氣設(shè)備基本參數(shù)。 整定計(jì)算工作還需要掌握發(fā)電廠內(nèi)所有高、低壓電動(dòng)機(jī)日常機(jī)械負(fù)荷的性質(zhì)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類(lèi)。進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，還需要用到設(shè)計(jì)院竣工圖紙中的電氣設(shè)備繼電保護(hù)配置圖、 原理與操作控制回路展開(kāi)圖、廠用系統(tǒng)程控聯(lián)鎖圖等。 同時(shí)，還要收集電氣設(shè)備與汽輪機(jī)、鍋爐等相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖圖。 最后，收集并掌握主設(shè)備及廠用設(shè)備繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的技術(shù)說(shuō)明書(shū)、使用說(shuō)明書(shū)及調(diào)度下發(fā)的最新系統(tǒng)阻抗。

第二步是繪制全廠電氣設(shè)備等效阻抗圖。 阻抗圖一般分為正序、負(fù)序和零序阻抗圖三部分。電氣元件負(fù)序阻抗的取值可遵循以下原則：對(duì)于變壓器、電抗器、架空線路、 電纜線路等靜止電氣元件， 負(fù)序電抗與正序電抗相等。而對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)電氣元件，負(fù)序電抗不等于正序電抗， 其值可從產(chǎn)品手冊(cè)里查找或采用X2=1.22Xd"的近似公式計(jì)算得出。 電氣元件零序阻抗的取值方法則各不相同， 可參考產(chǎn)品手冊(cè)的實(shí)測(cè)值或采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出。

第三步確定并選擇整定計(jì)算用的系統(tǒng)運(yùn)行方式[3]。為提高繼電保護(hù)裝置對(duì)運(yùn)行方式變化的適應(yīng)能力， 必須合理選擇系統(tǒng)的最大和最小運(yùn)行方式。 根據(jù)運(yùn)行方式確定河曲電廠為大方式選擇為系統(tǒng)最大，四臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，廠用電由高廠變供電；小方式選擇為系統(tǒng)最小，三臺(tái)機(jī)全停，廠用電由啟備變供電。

第四步是進(jìn)行短路故障計(jì)算，編制短路電流計(jì)算書(shū)。短路計(jì)算一般采用基于標(biāo)么值的運(yùn)算曲線法， 通過(guò)人工計(jì)算得到各個(gè)故障點(diǎn)的短路電流， 在條件允許時(shí)可以借助成熟的整定計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算， 最后將兩種方法得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證已確保短路電流計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性從而得到各個(gè)故障點(diǎn)的實(shí)際短路電流。

第五步是整定保護(hù)定值， 編制定值整定計(jì)算書(shū)及保護(hù)定值通知單[4-5]。 繼電保護(hù)裝置的整定值一般可參考整定計(jì)算導(dǎo)則、 相關(guān)技術(shù)規(guī)程和保護(hù)裝置技術(shù)資料給出的計(jì)算公式得出。

3 河曲電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算工作取得的經(jīng)驗(yàn)

下面簡(jiǎn)要介紹一下河曲電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算工作中積累的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

一是關(guān)于雙電纜接線其零序電流互感器二次繞組接線方式不同對(duì)零序保護(hù)定值整定的影響。某電廠2013 年2 月25 日22：55：57 #4 爐B 吸風(fēng)機(jī)電機(jī)電纜C 相發(fā)生接地故障， 發(fā)變組保護(hù)4B 分支零序過(guò)流I 段保護(hù)動(dòng)作，#4 機(jī)組10kV4B 段母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘，4B 段母線失電，機(jī)組非停。 測(cè)量#4 機(jī)10kV B 段母線絕緣合格，#4B 引風(fēng)機(jī)電纜絕緣不合格。檢查#4B 引風(fēng)機(jī)電機(jī)本機(jī)接線盒，發(fā)現(xiàn)接線盒內(nèi)C 相電纜終端絕緣護(hù)套有對(duì)地放電灼傷痕跡，護(hù)套有一處絕緣開(kāi)裂，接線盒內(nèi)三相接線柱電纜附近均有弧光放電痕跡。測(cè)量#4B 引風(fēng)機(jī)電機(jī)絕緣合格。機(jī)組跳閘原因初步確定，處理故障電纜后，啟動(dòng)#4 爐A 引風(fēng)機(jī)等設(shè)備，#4 機(jī)組于26 日08：59 并網(wǎng)。 此次事故雖說(shuō)存在4B 吸風(fēng)機(jī)電機(jī)電纜絕緣故障故障點(diǎn)但是開(kāi)關(guān)的保護(hù)裝置越級(jí)跳閘導(dǎo)致機(jī)組非停，需要重點(diǎn)檢查、分析保護(hù)裝置的可靠性及保護(hù)定值的正確、合理性?，F(xiàn)場(chǎng)核實(shí)保護(hù)裝置定值與定值單整定一致，#4 爐B 引風(fēng)機(jī)接地保護(hù)定值和#4 發(fā)變組保護(hù)高廠變B 分支零序過(guò)流I 段定值分別為 （以下電流定值均為一次值）：#4 爐B 引風(fēng)機(jī)接地保護(hù)：動(dòng)作值40A，動(dòng)作延時(shí)0.4s；高廠變B 分支零序過(guò)流I段：動(dòng)作值80A，動(dòng)作延時(shí)0.7s，符合《廠用電繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則（DL/T 1502-2016）》7.8.2 的規(guī)定，上下級(jí)接地零序保護(hù)定值從動(dòng)作值和動(dòng)作延時(shí)均可實(shí)現(xiàn)上下級(jí)的可靠配合， 定值整定正確。 校驗(yàn)保護(hù)裝置保護(hù)裝置動(dòng)作正確， 進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)該廠#4 爐B 引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為7200kW，單根3×185mm2電纜截面積不能滿(mǎn)足要求，因此采用了兩根電纜并聯(lián)接線方式， 每根電纜上各裝設(shè)了一只零序電流互感器，其二次繞組聯(lián)接方式為串聯(lián)方式。根據(jù)《DL/T 5153-2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中9.2.4 的說(shuō)明：雙電纜接線其零序電流互感器二次繞組接線方式可分為串聯(lián)、并聯(lián)兩種方式。以得到最大的零序輸出容量為條件， 當(dāng)負(fù)載阻抗等于零序電流互感器的內(nèi)阻抗時(shí)，串聯(lián)、并聯(lián)是一樣的，若負(fù)載阻抗大于內(nèi)阻抗，則以串聯(lián)為大，反之，以并聯(lián)為大。 一般情況下負(fù)載阻抗都大于內(nèi)阻抗，所以條文規(guī)定了以串聯(lián)方式接入繼電器。該廠實(shí)際情況是： 經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量零序電流互感器實(shí)際內(nèi)阻抗為：1.1Ω，外阻抗為：0.2Ω，負(fù)載阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)阻抗，因此兩只零序電流互感器二次繞組設(shè)計(jì)為串聯(lián)方式與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不適宜。 現(xiàn)場(chǎng)以零序電流互感器二次繞組串聯(lián)接線方式加量測(cè)試，實(shí)際偏差（電流值均為一次值）。以零序電流互感器二次繞組并聯(lián)接線方式加量測(cè)試， 實(shí)際值與保護(hù)裝置采樣基本一致。因此，采用串聯(lián)接線方式造成采樣不準(zhǔn)確，#4 爐B 引風(fēng)機(jī)電機(jī)開(kāi)關(guān)零序保護(hù)未能準(zhǔn)確動(dòng)作，造成越級(jí)跳閘。

二是過(guò)去由于設(shè)計(jì)的原因中壓廠用電母線普遍未設(shè)置母線快速動(dòng)作的主保護(hù)， 而是由進(jìn)線開(kāi)關(guān)的后備保護(hù)（如高廠變后備保護(hù)）兼顧，高廠變分支限時(shí)速斷0.3s 動(dòng)作，分支復(fù)合過(guò)壓電流時(shí)間為1.3s，主廠房中壓母線發(fā)生任何故障都需要延時(shí)0.3s 切除。 鑒于中壓母線的重要地位，母線發(fā)生故障時(shí)，其短路電流所產(chǎn)生的電弧及其大量的高溫，使開(kāi)關(guān)柜內(nèi)氣體急劇膨脹，在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到頂峰，嚴(yán)重危及人身和設(shè)備安全，所以建議通過(guò)技改逐步配置中壓母線弧光保護(hù)，并按照《廠用電繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則（DL/T 1502-2016）》8.4 之規(guī)定電流定值按躲過(guò)母線正常運(yùn)行時(shí)電源進(jìn)線的最大負(fù)荷電流整定Iop=（1.1-1.3）Ie，其中，Ie—母線正常運(yùn)行時(shí)電源進(jìn)線的最大負(fù)荷電流二次值，動(dòng)作時(shí)間不需要和其他保護(hù)相配合，可取0～20ms，出口方式： 動(dòng)作于跳所接母線分支斷路器 （或進(jìn)線斷路器）、閉鎖快切。

三是：關(guān)于FC 回路大電流閉鎖跳閘出口功能投退的建議，按照《廠用電繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則（DL/T 1502-2016）》5.2.4 之規(guī)定閉鎖電流整定值Iart=IbrkFC/（Krelna）其中：na—電流互感器變化；Krel—可靠系數(shù)取1.3～1.5：IbrkFC—接觸器允許斷開(kāi)電流。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)使用FC 開(kāi)關(guān)的負(fù)荷功率、容量一般都比較小，以ABB VSC 真空接觸器及東大金智WDZ-430EX 電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置組合為例，接觸器允許斷開(kāi)短路電流為6000A， 同時(shí)小負(fù)載開(kāi)關(guān)配置CT 變比也較小，以CT 變比為50/1 為例，按照《導(dǎo)則》的規(guī)定閉鎖電流整定值應(yīng)為92.3-80A（二次值），實(shí)際保護(hù)裝置的定值上限為24A，導(dǎo)致保護(hù)定值無(wú)法整定，如按照保護(hù)裝置上限整定FC 大電流閉鎖電流一次值為1200A 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于接觸器允許斷開(kāi)短路電流6000A， 再加上使用FC 開(kāi)關(guān)CT 的準(zhǔn)確等級(jí)一般為10P20， 在出現(xiàn)大的故障電流時(shí)（中壓母線三相短路電流可達(dá)20 多kA）CT可能已經(jīng)飽和無(wú)法保證二次輸出的準(zhǔn)確性從而也無(wú)法保證保護(hù)裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性，綜合上述考慮建議將FC 大電流閉鎖跳閘出口功能退出， 在出現(xiàn)相間短路故障大的故障電流時(shí)依靠熔斷器的快速熔斷來(lái)切除故障。

5 結(jié)論

鑒于正確、 合理的整定計(jì)算是提高大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)應(yīng)用水平和保證其正確動(dòng)作的關(guān)鍵和重要環(huán)節(jié)，結(jié)合河曲電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算實(shí)工作踐， 還需要在今后的工作中加強(qiáng)學(xué)習(xí)、不斷總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)、提高整定計(jì)算水平，從而最大限度的發(fā)揮保護(hù)裝置性能，提高保護(hù)正確動(dòng)作率水平。