（浙江浙能能源技术有限公司，杭州310014）

火电机组厂用电保护级差配合分析及改进

蔡宁宁

（浙江浙能能源技术有限公司，杭州310014）

以2×300MW火电机组典型厂用电系统为例，结合系统内机组运行情况，对厂用电系统保护的相关问题进行分析与讨论，并提出完善建议。

厂用电；保护；火电机组；级差配合

随着发电机组容量的不断增大，对厂用继电保护的要求也越来越高。虽然目前大型火电机组厂用电系统的保护已有了较大进步和发展，但仍存在不少问题，如：厂用电系统后备保护（过电流保护）时限过长；厂用高压母线无可靠安全的快速保护；后备保护定时限与反时限间的配合存在交叉，难以满足选择性要求等。这些问题都严重影响着机组设备的安全与稳定运行，为此，有必要对厂用电系统的保护配置、整定等进行梳理分析，并有针对性地采取改进和完善措施。本文以2×300MW典型厂用电系统为例进行分析阐述。

1 火电机组厂用电典型接线及配置

目前300MW火电机组通常采用2×300MW单元制布置。厂用系统高压母线采用6kV电压等级，各母线通常采用分级多层接线方式，每台机组配置1台高压厂用变压器（以下简称高压厂变）带2段6kV工作母线。2台机组共设2段6kV公用母线、2段6kV输煤母线和1台全容量高压启动备用变压器（以下简称高压启备变），所有6kV母线上各间隔开关根据所带容量大小分别配置真空断路器或F＋C（快速熔断器加接触器）组合式开关，小容量负荷配置F＋C开关，其余配真空断路器。接线实例见图1。

图1 典型厂用电系统接线

根据保护配置设计原则，高压厂变、高压启备变一般配置差动、瓦斯主保护和复合电压过电流后备保护，母线电源进线开关配置过电流保护，低压厂变及电动机保护采用微机综合保护装置，配置速断、过流、热积累、过负荷等保护，各段母线间6kV馈线电源电缆配置差动保护。

2 常规厂用电系统设备保护

2.1 过电流保护时限设置

根据厂用电系统的特点、保护灵敏度及选择性配合整定原则，过流保护电流设定值按躲母线自启动考虑，并与下级过流在灵敏度上配合进行整定，时间设定值按与下级过流时间配合，目前微机型保护级差时间大多选择Δt=0.3s。

以煤灰电源联络开关过电流保护时间t1的整定分析为例：通常在煤灰段下接负荷中，有电动机及低压变压器，开关形式有真空断路器及F+C混合配置。

（1）对于真空断路器间隔，如与速断保护配合，取t1＝0.3s。

（2）对于F＋C组合开关间隔，如与其速断保护配合，则根据F＋C开关保护机理，在F+C回路中，接触器C作为对回路正常和过载的后备保护，当电流小于等于真空接触器额定开断电流时，应由保护装置动作跳开接触器切断电流；当回路电流大于接触器开断电流时，应由快速熔断器F负责熔断。为了确保上述功能顺利实现，F+C开关中的速断电流保护出口应带延时，按300MW机组运行中输煤段母线下接最大熔断器配置为250A、真空接触器开断电流最大考虑4 000A计，结合熔断器特性曲线及回路可能出现的电流，经配合后，其延时时间一般整定为0.4～0.5s。为此，煤灰电源联络开关过电流保护时限需取t1＝0.5+Δt=0.8s。如果降低输煤段母线下接的F+C开关容量，如熔断器最大为125A，则其速断保护时限可设定0.3s，煤灰电源联络开关过电流保护时限取t1＝0.3+Δt=0.6 s。

（3）煤灰电源联络开关如考虑与母线下接开关过电流保护配合，则其时限将更长，目前大多采用反时限过电流保护，在配合上存在交叉点。输煤联络开关过流保护范围一般不超出下接负荷开关自身的速断范围，因而无需考虑与下接开关过流保护配合。

为保证选择性，t1可设定为0.8s，其它各级电源开关过流保护时限根据配合要求，逐级递增，具体设置见表1。

表1 煤灰电源开关过流保护时限设置s

由上述分析可知，当选择时间级差为0.3s、煤灰联络开关过流保护（包括其它电源开关过流保护）考虑与下接负荷速断保护配合时，由常规原则得到的厂用系统6kV电源开关过流保护动作时限最快（煤灰段联络开关过流），为t1=0.8s，最慢动作时限（6kV工作电源开关过流）为t4=1.7 s。而高压电源变压器（高压厂变、高压启备变）的后备时限则更长，为2.0s。显然，保护时限过长，尤其是当6kV系统工作段母线设备故障时，由于大电流冲击，将造成变压器及其它一次设备损伤。

2.2 缩短常规过电流保护时限的措施

（1）首先在整定中考虑电源开关过电流保护与下级电源开关过电流、下接负荷开关速断保护在灵敏度及选择性上配合。

（2）一次设备开关柜配置的影响。为缩短厂用电系统最末级母线联络开关过电流保护时限，可考虑煤灰段开关统一采用真空开关，或当配置熔断器额定电流大于100A时采用真空开关，同时在整定中注意使联络开关过流定值与下接负荷设备速断保护电流定值在灵敏度上配合，则可将联络开关过电流时限降低到0.3s（采用全真空开关）或0.6s（在125A以下F+C开关）。

（3）高压厂用母线接线方式选择比较。常规设计中，厂用电系统采用分级分层接线方式，公用段母线电源取自工作段母线，输煤段母线电源取自公用段母线，也是造成过电流保护时限设定偏长的原因之一。理论上，将输煤段工作电源馈线由公用段母线改从工作段母线直接引接，即高压厂用系统由三级改为二级，也可减小相应过流保护时限级差，优化保护性能。

常规设计中输煤段母线为暗备用接线方式，无形中加长了上级过流保护时间，改为明备用方式后，也可减小常规过流保护时限级差，其缺点是增加了电源开关间隔和电缆，从而增加投资。

（4）厂用系统各级常规过电流保护时间级差选择。对于相邻的上、下两级保护，为保证其选择性，保护动作时间必须有级差。过电流保护时间级差Δt的选择原则为：

Δt=上级保护时间误差+下级保护时间误差+被保护断路器跳闸时间+裕度时间

目前厂用系统母线电源开关均配置真空开关，其分闸时间约为40ms，开断时间≤60ms；微机保护装置的动作时限精度高，误差小于1.5%，绝对值误差≤40ms；裕度时间根据保护配置水平可取50ms。当定时限延时段过流保护间配合时，综合上述因素，可考虑整定时间级差为0.2～0.25s。如以0.2s级差计算，工作段母线过流保护可由2.0s缩短到1.6s。

综上分析可知，过电流保护作为厂用电系统设备（主要是母线设备）的主要保护，由于其自身固有特点及厂用电系统接线方式，决定了保护时间随系统层数递增而不断加长。对高压厂变（包括启备变）及工作段母线等厂用电源较高层级设备，若过流保护时限整定过长，将不能真正有效地起到保护设备的作用。因此需要更有效的快速母线保护设备以速动或短延时来切除故障，对机组及设备起到较好的保护作用。

3 闭锁式快速过电流保护原理

为解决母线故障保护动作时间过长的问题，提出“闭锁式快速过流保护”设想，可以将所有母线故障切除时间控制在0.6s内，并对某300MW机组厂用电系统实施改造，原理如图2所示。

图2 闭锁式快速过电流保护逻辑

（1）以6kV母线1A段母线故障为例。在6kV工作1A段工作电源开关过流保护中增加以下逻辑：6kV工作1A段工作电源开关过流启动，同时6kV公用A段工作电源馈线开关过流未动，经延时t出口跳6kV工作1A段工作电源开关。其延时时限只需与本母线所接负荷速断保护配合即可。一般来说，对于负荷间隔为全真空断路器的母线，时间整定t=Δt=0.3s，负荷间隔包含F+C间隔的母线，时间整定约为t=t1＝2Δt= 0.6s。

以此类推，可以在所有母线的工作、备用电源开关中增加“闭锁式快速过流保护”。即让“闭锁式快速过流保护”作为母线故障的主保护，而常规过流保护为后备保护，可大大提高母线故障保护速度。

（2）全真空断路器间隔配置可缩短所有厂用电源母线闭锁式快速过流保护的时限，对设备安全意义重大。所以在目前真空断路器与F+C价格相差不大的情况下，如果空间布置许可，建议厂用负荷间隔按全真空断路器设计。

（3）为解决高压厂变、启备变后备复合电压过流保护时限过长问题，同样可用增设“闭锁式快速复合电压过流保护”来使动作时限整定在1个级差范围内（即0.3s左右），有效保护变压器不因主保护拒动而遭受长时间的大电流冲击，避免设备损坏事件发生。高压厂变闭锁式快速复合电压过流保护逻辑如图3所示。

图3 高压厂变闭锁式快速复合电压过流保护逻辑

以1号高压厂变为例。1号高压厂变复合电压过流保护启动和6kV工作1A及1B段工作电源开关过流均未启动，经延时全停出口，时限与1号高压厂变差动和速断保护配合即可，取Δt= 0.3s，大大缩短了厂变后备保护时限。同理，可在启备变复合电压过流保护中采用“闭锁式快速复合电压过流保护”。

（4）“闭锁式快速复合电压过流保护”虽然能提高保护的速动性，但与常规母线差动保护相比，其时间仍然偏长0.3～0.6s，故障情况下对设备仍可能造成危害；与此同时，该保护由于受下级过电流保护元件闭锁，相互牵制且回路相对复杂。

4 总结及建议

为改善大型发电厂厂用电系统保护性能，保证机组及设备安全、可靠、稳定运行，可进行如下优化改进工作：

（1）在所有母线的工作、备用电源开关中增加“闭锁式快速过流保护”，可以保证任一段母线设备在母线范围内的故障动作时间为0.3～0.6s；高压厂变、高压启备变加装“闭锁式快速复合电压过流保护”，可实现变压器内部故障后备时限0.3s的快速保护功能。

（2）母线下接各负荷间隔开关在条件许可时统一选择真空开关，可将煤灰联络开关等常规过电流时限缩短到0.3s，所有闭锁式过电流保护时限缩短至0.3s，仍能保证保护的选择性。

（3）改变输煤段母线电源暗备用方式为明备用，可减小常规过流保护时限1个级差Δt。

（4）输煤段工作电源馈线由原公用段改为工作段引接，减少了厂用母线串联级数，常规过流保护时限缩短0.3s，对工作段母线及高压厂变（包括高压启备变）后备过流保护的作用尤为明显。

（5）根据现场实际对厂用系统各级过电流保护时间级差进行整定，当上下级均配置微机型定时限过流、高压真空开关时，理论上可调整到0.2s，可相应缩短保护动作时间。

（6）从国外引进的电弧光保护是通过感应电弧光并附加辅助电流判据组成高压开关柜母线故障保护，理论上该保护能快速（100ms内）动作并切除故障。弧光保护在厂用母线上安装简单，容易实现，作为替代母线速动保护，具有一定优势，值得关注和推广。

[1]GB/T 14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程[S].北京：中国标准出版社，2007.

[2]DL/T 478-2010继电保护及安全自动装置通用技术条件[S].北京：中国电力出版社，2011.

[3]DL/T 584-2007 3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程[S].北京：中国电力出版社，2008.

[4]崔家佩，孟庆炎，陈永芳，等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京：中国电力出版社，1993.

[5]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

（本文编辑：龚皓）

Analysis and Improvement on Protection Stage Difference Cooperation ofAuxiliary Power System for Thermal Power Units

CAI Ning-ning
（Zhejiang Energy Technology Co.，Ltd，Hangzhou 310014，China）

Illustrated with the case of the typical auxiliary power system for 2×300MW thermal power units, the analysis and discussion on the problems of auxiliary power system protection are performed based on the actual operation of the units in the system.And the suggestions on improvement are also put forward.

auxiliary power；protection；thermal power units；stage difference cooperation

TM762

：B

：1007-1881（2012）06-0073-04

2012-02-21

蔡宁宁（1963-），女，浙江台州人，工程师，从事发电厂电气专业技术管理工作。