10 kV高压配电系统及继电保护动作实例分析

付 明 立

(武汉长江航运规划设计院有限公司, 湖北 武汉 430030)

0 引 言

继电保护是确保电力系统安全可靠运行的重要环节,它对整个系统的安全运行起到直接影响的作用[1]。因此,继电保护参数整定尤为重要,整定不当可能起不到保护作用,甚至可能误操作,引起非正常的跳闸问题。本文通过实际参与调试的项目案例分析,通过继电保护整定计算,逐步找到故障根源。

1 项目概况

某工程为码头10 kV变电所项目,2回10 kV进线电源,互为备用运行方式。母线下有500 kVA变压器1台,315 kW消防水泵1台。码头设备总容量正常工况下装机容量为421 kW,消防设备装机容量为 544 kW。总的装机容量为965 kW。变电所设备功率统计如表1所示,变电所10 kV侧高压系统图如图1所示。

表1 变电所设备功率统计

图1 变电所10 kV侧高压系统图

项目现场根据设计提供的系统图安装完毕高压柜后,按照当地供电部门提供的继电保护定值整定报告单逐一整定各个高压柜内综保装置参数,随即送电,变压器送电后无异常,变压器设备带电运行一段时间也正常,但是待高压消防泵送电调试起动时,AK5、AK1柜跳闸。高压柜综保装置动作报告显示如图2所示。

图2 高压柜综保装置动作报告显示

2 故障分析

根据规范及消防要求,消防泵为直接起动,电动机厂家提供的数据为起动电流约6.5倍额定电流,即144.3 A,起动时间约30 s内可达到额定值(高压电机额定电流为22.2 A)。变电所内AK5柜为配电型,按线路型综保装置选型。

考虑相邻设备柜的电机起动影响,其他电网未知因素暂未考虑,按配四手册[2]公式计算。

(1) AK1进线柜整定(另一进线AK7柜与此相同)。

无时限速断保护整定:

Iop.k=KrelKconI″2kmax/(nTA) =

1.3×1×I″2kmax/15

(1)

式中:Iop.k——保护装置的工作电流;

Krel——可靠系数,用于电流速断保护时取值1.3;用于过电流保护时取值1.2;用于过负荷时取值1.05～1.1;

Kcon——接线系数,接于相电流时取值1;接于相电流差时取值1.732;

I″2kmax——最大运行方式下变压器低压侧三相短路时,流过高压侧(保护安装处)电流初始值;

nTA——电压互感器变比。

I″2kmax为最大运行方式下线路末端三相短路电流初始值,需供电局提供,目前无法计算。

过流保护整定:

Iop.k=1.2×1×22.2×6.5/0.9/15=12.8 A

Iop.k=1.1×1×1×3.7×10/15=2.71 A

综合取大值,Iop.k取13 A。

以上都是二次值。

AK1柜过流保护初步计算值12.8 A与供电报告提供的2.5 A出入较大,目前高压水泵起动时AK1柜内断路器跳闸,综保跳闸记录显示过流保护动作值为9.8 A。

为解决高压电机起动时AK1柜过流保护值动作,现建议进线柜AK1内保护用电流互感器变比由75/5调整为200/5,外线电源容量取1 000 kVA(大于消防工况下采用需要系数计算的720 kVA需求),按此条件计算躲过高压电机起动影响的进线柜AK1的综保过流保护计算值Iop.k=1.2×1×22.2×6.5/0.9/40=4.81 A,建议取值5.5 A。

(2) AK5消防电泵配电柜整定。

速断保护整定:

Iop.k=KrelKconKstIrM/(nTA)=23.4 A

取值23.5 A。

(2)

式中:Kst——电动机起动电流倍数;

IrM——电动机额定电流,取22.2 A。

过流保护整定:

Iop.k=1.2×1×22.2×6.5/0.9/8=24,取值24 A。

以上综保值通过供电部门审核后调整。

事后分析进线柜AK1内CT变比按40/5选择是因为向供电部门报装容量时,只考虑500 kVA干变的容量,即按500 kVA报装,未考虑消防工况下容量约720 kVA,也未考虑消防泵直接起动容量,未向供电部门申报消防泵直接起动这一特殊用电设备,此外CT变比偏小,也是导致各级保护值的计算值与整定单的数值相差较大的原因之一。

3 故障解决办法

高压柜跳闸原因是:由于用电报装容量偏小、CT偏小,未考虑消防泵直接起动带来的冲击影响,从而导致电机起动时,综保装置未能躲过这一起动电流值而动作跳闸。

采取措施如下:① 重新核实用电负荷计算书,重新申报用电容量,按1 000 kVA报装,同时按供电部门要求填写影响电能质量的用电设备清单,影响电能质量的用电设备清单如表2所示。

表2 影响电能质量的用电设备清单

② 新的报装容量提交给供电部门审核并出具新的定值整定报告单。现场根据新的整定值赋值。同时进线CT变比调整为200/5。

按以上2个步骤执行后,送电,起动消防电泵运行正常。至此,一起综保装置动作的调试故障消除。

4 结 语

结合实际的综保装置动作跳闸实例,从用电负荷容量计算、特殊设备运行特性、综保整定计算等各个方面入手,层层分析,抽丝剥茧,找到了综保装置动作跳闸[3]的根源。母线下变压器容量与消防电泵负荷容量相差不大时,需要特别注意电动机起动冲击对电网及定值的影响,同时向供电部门申报容量时须注意特殊设备特性。