关于厂用电系统继电保护整定计算问题的研究和难点分析

段芃

摘要：厂用电保护的配置及整定计算直接关系到厂用设备的正常可靠运行，继而影响到电厂的安全和稳定。随着电力工业的迅速发展，我厂发电机、变压器单机容量不断增大，电力系统正朝着“大机组、超高压、大电网”的方向发展。现今我国大容量发电厂不断增多，他们在电力系统中地位更显重要。

关键词：厂用电系统、整定计算

厂用电系统（以下简称厂用系统）的电流电压保护的整定计算曾存在着一些误区。如某发电厂300MW机组厂用系统的继电保护，从20世纪70年代中期到80年代后期，一致沿用定时限过电流保护各级时限相互配合的原则，以至高压厂用变压器（以下简称高厂变）高压侧过流保护动作时间高达3s以上，此种情况在过去很多发电厂常用系统中也存在。厂用系统的母线或馈线近区短路故障，而故障设备保护拒动或断路器拒动（断路器不能切除短路）的情况在国内屡有发生，此时用高压厂用变压器或其分支带时限的电流、电压保护动作切除短路，如果动作时间过长，必然加重设备损坏程度或使短路范围扩大。为此对厂用系统的继电保护，可归纳以下继电整定计算的原则。

1.高低压厂用变压器的电流、电压保护整定计算

过去高压厂变分支低电压闭锁过电流保护，动作电压按躲过电动自启动计算，动作电流按变压器额定电流计算，其动作时间与低厂变定时限过电流保护动作时间配合计算都高达2.1s，有的甚至高达2.5s，这样一级一级配合上去，最后至高厂变侧的电流电压保护动作时间高达3.1s，这种情况在某厂曾沿用很多年.20世纪80年代中期，高压厂变分支低电压闭锁过电流保护的动作电压按躲过电动机自启动计算，按如此原则整定，高压厂变分支低电压闭锁过电流保护动作电流都比较大，其动作电流能与各馈线的瞬时电流速断保护动作电流配合，同时在此动作电流时，各馈线FC回路高压熔断器考虑到误差后的熔断时间小于或等于0.1s，则厂用分支的电流、电压保护动作时间可用0.4～0.5s，而不必与低厂变定时限过电流保护的动作时间配合，用这种方法配合，已正常运行于今。由于厂用系统有电动机的自起动情况，不同于一般用户，也不同于变电站的降压或升压变压器的运行情况，所以与一般变压器的整定计算有很大差异。有的虽然是过电流保护，而实际是带时限的电流速断保护，因此整定计算往往不能简单的按照定时限过电流保护处理。

2.低压厂变过电流保护的动作时间整定

其动作电流如已与低压侧各馈线的电流速断保护的动作电流配合，同时此时低压侧的熔断器的熔断时间小于或等于0.1s时，则低压厂变过电流保护的动作时间可用0.5s；动作电流如与低压侧各馈线的短延时电流速断保护的动作电流配合，则低压厂变过电流保护的动作时间可用0.6～0.7s，一般是最长动作时间不超过1s。

3.校核变压器允许的自起动容量和自起动时母线残压

在整定计算过程中，应校核变压器允许的自起动容量和自启动时母线残压，以保证重要电动机能可靠的自启动。如某发电厂，1989年7月一台供燃油的重油泵厂用变压器在电动机自启动过程中，由于重油黏度特别高，重油泵过负荷自起动，使自启动母线残压长期为60%额定电压，造成多台重油泵始终未能启动成功，该低压厂变长期过载运行，最后导致变压器油温短时间内迅速上升，致使变压器重瓦斯保护动作。对这种特殊负荷的特殊情况，为确保设备的安全，保护装置及其整定计算应做特殊处理。

3.1 为保证电动机自起动成功，可用低电压保护切除足够容量的电动机，母线电压应保证I类负荷自起动成功。

3.2 为保证变压器安全运行，除安装短路故障的后备保护外，应考虑加装躲自起动且具有反时限特性的过负荷跳闸保护。过去在变压器高压侧不装设此保护，但近年来低压厂变高压侧综合保护带有反时限特性的过负荷保护，或低压厂变低压侧装设带智能保护的低压自动空气断路器，可合理整定综合保护带有反时限特性的过负荷保护或低压自动空气断路器的长延时保护，作为低压厂变的过负荷保护。

3.3 在设计时要考虑变压器有足够的容量，以保证这种情况所有重要电动机的自起动。

4.上下级保护时间级差的选择。

由于现在大机组的厂用系统保护基本不再采用电磁型时间元件，而采用微机保护或高精度时间元件，这样上下级保护时间级差可用0.3～0.4s。

5.关于高压厂用系统中性点接地方式的选择问题

大型发电机组高压厂用系统中性点接地方式分为不接地方式和小电阻接地方式。

5.1厂用系统中性点不接地方式。

（1） 厂用系统中性点不接地方式单相接地保护作用于信号。过去大部分高压（6.3kV）厂用系统采用中性点不接地方式，当高压厂用系统发生单相接地，且单相接地电流 时，允许系统继续运行2h。但时间证明，对于大机组的高压厂用系统，单相接地电流一般虽小于10A，而当电缆发生单相接地时，几乎都在短时间内发展为电缆的相间短路。由此可见，高压厂用系统中性点采用不接地方式，当高压厂用系统发生单相接地时，不装饰作用于跳闸的单相接地保护或仅装设作用于信号的单相接地保护是不安全的。

（2） 厂用系统中性点不接地方式单相接地保护作用于跳闸。当高压厂用系统单相接地电流超过10A或接地10A时，应作用于跳闸方式。

（3） 厂用系统经小电阻接地方式。近年来，单机容量在300MW及以上机组的高压厂用系统，为保证单相接地时零序过电流保护同时满足选择性和灵敏性的要求，采用高压厂用变压器中性点经小电阻接地方式，其接地电阻值应遵循各级零序过电流保护既有选择性又有足够的灵敏度，同时单相接地电流在短时间内部导致加重一次设备破坏程度的原则。高压厂用系统中性点接地电阻值满足单相接地电流为600～200A比较合理，高压厂用系统中性点接地电阻 （Ω），即6kV厂用系统中性点接地电阻 （Ω）。

6.厂用系统继电保护所用电流互感器TA的选择

（1） 10kV高压电动机和低压厂变保护所用TA，不应根据电动机或低压厂用变压器的额定电流选择TA变比，应根据实际短路电流水平，选择足够大变比、短路电流倍数、容量，以保证保护在各种短路情况下能可靠动作（国内已多次发生高、低压厂用系统出口短路时因TA严重饱和，造成保护拒动的实例）。

（2） 高压厂用变压器中性点经小电阻接地TA0变比和零序过电流继电器选择。自20实际90年代后，高压厂用变压器中性点经小电阻接地方式，其接地电流在（180～800）A之间，此时高压电动机和低压厂用变压器高压侧单相接地保护，不能再用小电流接地方式的接地电流测量互感器TA0，根据接地电流的大小，应采用TA0变比（200～800）/（5或1）A，同时高压电动机和低压厂用变压器接地零序过电流继电器应和TA0二次电流匹配，应能可靠反映最大单相接地电流，即接地电流测量互感器TA0和零序过电流继电器内部测量互感器TA均不能因接地电流的增大导致保护或溢出而拒动（实际上此种情况保护拒动在国内多次发生）。所以在调试时应通入可能的最大接地电流，检查TA0和TA不应出现保护现象，继电器也不能因此拒动。

7.厂用系统（0.4～10kV）继电保护整定计算的难点

（1） 馈线出口短路电流特别大而TA变比过小的矛盾。实际厂用系统中各馈线出口短路电流特别大，而按负荷电流选择TA变比过小，以致各馈线出口短路时TA出现严重饱和，这基本上是高低压厂用系统共存的问题。当厂用母线近区短路，只是TA出现严重饱和时，TA二次侧智能输出非常窄的尖顶波，以至馈线出口短路时保护拒动.例如，A、B厂10kV母线附近或高压电动机入口三项短路电流高达18kA，如馈线用100/5的TA，则短路电流倍数高达180倍。当低电压厂用变容量为1250kVA、Uk%=6时，0.4kV母线附近三相短路电流高达27kA，如低压馈线的电流互感器采用300/5，则短路电流倍数高达100倍。而生产厂家的这一电压等级TA，短路电流倍数和容量都比较小，这使保护更难保证其正确动作。对于这种情况可采用以下措施进行处理。

1）保护用电流互感器。尽可能选用非较大的变比、较大的保护电流倍数和较大的容量。

2）继电保护装置。尽可能安装于就地配电柜上，最大限度减小电流互感器的二次负载。

（2） 0.4kV厂用系统安全可靠性和灵敏度之间的矛盾。0.4kV厂用系统虽然可采用分级整定一次脱扣的自动空气断路器，由于不能按整定要求调整整定值会存在低压电缆末端短路时灵敏度不够的问题。特别重要的供电线路（I类负荷馈线），如电动机控制中心MCC所接负荷数量较多时，还需分两级保护，以便这种馈线既不能牺牲选择性，又要保证可靠动作。如采用二次型保护，必须考虑电流互感器的极度饱和问题，尽可能选用变比和容量较大的TA。对这种设备的保护最好采用分级整定一次脱扣的自动空气断路器，与二次型保护配合使用，或采用带有智能型保护的自动空气断路器。在短路电流很大时，二次保护可能拒动，这时由一次脱扣保护动作跳闸。当一次保护灵敏度不够时，可由二次型保护动作跳闸。