带电抗器线路快速保护改造方案浅析

李国湘，林小磊，田寿涛

(中石化股份有限公司天津分公司 天津300271)

0 引 言

天津石化热电部是天津石化公司自备电厂，肩负着为天津石化公司各个生产厂供电、供汽的任务。热电部 110kV降压站承担着化工、聚酯、水务、公司机关等供电任务。

1 110kV降压站6kV聚酯供电系统简介

1.1 6kV聚酯供电系统进线电源保护配置

聚酯供电系统进线电源保护配置有主变差动保护、主变轻、(重)瓦斯保护、高压侧复合电压闭锁过流保护、低压侧时限速断保护、低压侧复合电压闭锁过流保护、中性点零序过流、中性点间隙过压(过流)、过负荷保护。其中低压侧时限速断保护是聚酯6kV母差保护以外线路电抗器以上短路故障的主要保护(图 1)，该保护是解决出线开关开断容量不足而采取的补充措施[1]。

图1 6kV聚酯供电系统进线电源保护配置示意图Fig.1 The indication drawing of power protection configuration in 6 kV polyester power supply system

1.2 6kV聚酯母线保护配置

6kV聚酯母线配置了完全差动母线保护(见图2)，作为母差CT范围内多相短路的主保护。此外还配置了母联开关死区保护、过流保护(带复压闭锁)、母联开关充电保护(带复压闭锁的过流加速段)。其中过流保护为6kV母线至出线电抗器以上设备多相短路故障的后备保护，动作后跳开母联634开关。

图2 6kV聚酯母线保护配置Fig.2 The indication drawing of protection configuration in 6 kV polyester power bus

若母联634开关和母联CT之间发生故障，断路器侧母线跳开后故障仍然存在，正好处于CT侧母线小差的死区，为此设置了母联死区保护。该保护在差动保护发母线跳令后，母联开关已跳开而母联CT仍有电流，且大差比率差动元件及断路器侧小差比率差动元件不返回的情况下，将经死区动作延时(定值为0.2s)跳开另一条母线。为防止母联在跳位时发生死区故障将母线全切除，当两母线都有电压且母联在跳位时(即正常运行方式)，母联电流不计入小差。

2 6 kV聚酯馈线保护及存在问题

配置了限时过流保护，作为线路电抗器以下多相短路的主要保护，限时跳开出线开关(图 3)。加装电抗器的原因：母线短路电流较高，出线短路电流随之升高(线路出口不带电抗器达 34kA)，故障时母线残压较低。鉴于此采取了线路加装限流电抗的措施，限制短路电流(15kA以下)[2]，维持母线残压(60%～80%以上)，根据 DL/T 5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》5.0.6条的规定[3]，出线断路器开断电流按切除电抗器后故障选择(31.5kA)。

图3 6kV聚酯馈线保护配置图Fig.3 The indication drawing of protection configuration in 6 kV polyester power feeder lines

聚酯出线保护存在的问题：出线带电抗器，且不能切除电抗器前的短路时，按 GB/T 50062—2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》5.0.3条的规定，不应配置速断保护[4]。由于目前采用过流保护，其保护动作时间较长(1.3～1.5s)，无法快速切除故障，线路短路时容易造成系统晃电，不满足电力系统“三道防线”中快速保护的要求。对于电抗器与开关之间的电缆保护，可能由变压器低压侧的时限速断动作切除故障而扩大停电范围。

根据《炼化企业继电保护及安全自动装置管理规定(试行)》(下文称“2017年管理规定”)、《炼化企业电力系统主网结构管理指导意见(试行)》(下文称“2018年指导意见”)等要求，聚酯出线保护应配置光纤纵差保护，聚酯装置变电站宜装设电源快速切换装置，因目前保护和自动装置不能满足上述要求，威胁生产装置安全运行。

3 6 kV聚酯馈线保护问题的解决方案

据《天津石化电气设备管理规定》(2015)3.3.1.5之规定，“35kV及以上和重要装置变电所的6(10)kV电源联络线宜装设光纤纵差保护”。“2017年管理规定”3.2.1.2规定“6(10)kV电源联络线宜装设光纤纵差保护，当线路短路故障使重要负荷的母线电压低于额定电压的 70%时，应装设光纤纵差保护”；“2018年指导意见”3.11.6.1规定“线路变压器组、35kV和6(10)kV变电站的电源线路应选用光纤纵差保护”。“2017年管理规定”3.2.7规定“自备热电站应装设厂用电电源快速切换装置，分列运行的总变电站、区域变电站，应装设快速保护和电源快速切换装置”；“2018年指导意见”3.11.6.5规定“为提高抗扰动能力，变电站电源进线和母联宜装设电源快速切换装置，同时应配置线路纵差保护和高性能开关设备。系统电源快速切换配置方案应按负荷性质、反电势、设备性能、同步机接入等因素综合考虑”。根据以上行业文件的要求，聚酯出线配置光纤纵差保护(图4)，为聚酯等生产装置变电站配置电源快切装置创造条件。若线路终端负荷站配置快切装置，可与线路光差保护配合，线路故障时由光差保护跳闸的同时，启动终端负荷站快切装置，实现故障状态的快速切换，将短路对系统引起的晃电影响降到最低。

图4 6kV聚酯馈线保护解决方案Fig.4 The solution of protection configuration in 6 kV polyester power feeder lines

6kV线路保护按主保护(光差保护)＋后备保护(过流保护)合一的原则配置，保护 CT取自开关下口，这样可将开关至电抗器之间电缆纳入线路保护范围，使线路保护与母差保护无缝衔接，有效避免出线故障越级跳闸、扩大停电范围问题。但在极端情况下需予以特殊考虑：根据现有参数，出线断路器额定开断电流为 31.5kA，则开断 34kA短路电流存在安全隐患。为了保证一定的安全裕度，线路光差保护应设置高值闭锁，按 10%的裕度(主要考虑 CT误差、直流分量等)即取30kA。当线路差动保护CT测量电流大于 30kA时，闭锁线路光差(出线生产装置侧光纤纵差保护不闭锁，瞬时动作跳闸并启动快切装置)，出线断路器出口短路由主变压器低压侧开关切除故障；当线路差动保护CT测量电流由大于30kA降低为 30kA以下时，线路光差闭锁解除，线路光差保护动作切除故障。

4 后续完善措施

根据《炼化企业电力系统主网结构管理指导意见(试行)》1.3.3.2(4)中规定“10(6)kV 母线短路电流不超过 31.5kA”以及《炼化企业电力系统主网结构管理指导意见(试行)》3.11.4.3(4)中“110/6kV变压器容量不大于 31.5MVA”的规定，后期将对 4台主变逐步进行改造，采用容量 31.5MVA高阻抗变压器，可将 6kV母线短路电流降至 31.5kA以内[5]；或将聚酯段改造为开断电流40kA开关柜。具备上述任一条件时线路光差可取消高值闭锁。

5 结 语

通过给聚酯段出线配置光纤纵差保护，解决了聚酯段出线快速保护问题，解决了聚酯段出线故障越级跳闸、扩大停电范围的问题，为聚酯供电系统变电站配置电源快切装置创造了条件，从而提高了安全供电水平。