邓国平 曹 慧 秦 娟 秦科平 崔焕新，*

（1.中国中轻国际工程有限公司，北京，100020；2.山东贝利工程咨询有限公司，山东济南，250101）

根据《工业与民用供配电设计手册》[1]，保护整定计算应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，并需满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的4项基本要求。可靠性是指该动作时应动作，不该动作时应不动作。选择性是指首先由故障设备或者线路本身的保护切除故障动作，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许相邻设备/线路的保护或断路器动作。灵敏性是指在设备和线路的被保护范围内发生故障时，保护装置应具有必要的灵敏系数。速动性是指保护装置应能尽快切除故障。本文探讨了大型浆厂用电10 kV 系统的保护整定计算，以寻求最佳的整定计算方案，使设备及人员安全得以保证。

1 系统介绍

该系统由一台10.5 kV 汽轮发电机经限流电抗器向10 kV 厂用电系统母线输电，再通过10 kV 开关柜向相应的下级设备供电。10 kV 厂用电母线段设备主要由变压器、电动机、10 kV 循环水开关柜组成。同时，设有一台75 MVA 的121/10.5 kV 升压变（不在本文讨论范围内）与110 kV 变电站相连。该系统配备了小电流接地选线装置，能够及时准确地判定接地回路，快速排除单相接地故障，故各保护装置不再设定单独的接地故障保护。电气主接线如图1所示。

图1 电气主接线图Fig.1 Electrical overall one line diagram

2 前期准备工作

2.1 收集设备的主要参数，举例如下。

（1）系统接入点短路容量。

（2）变压器参数，如容量、短路阻抗、变比、类型、励磁涌流等。

（3）电机参数，如容量、额定电流、启动电流、允许堵转时间等。

（4）发电机参数，如容量、额定电流、电压等级、阻抗、接地形式等。

（5）限流电抗器主要参数，如电流、阻抗、容差等。

（6）综保信息。

（7）电缆的主要参数，如长度、计算电流等。

2.2 建模计算

利用ETAP 软件建立模型，根据IEC 标准进行短路电流分析，计算各保护装置安装点的最大和最小短路电流。

3 保护整定计算

3.1 10 kV电动机保护整定计算

3.1.1 电动机保护配置

10 kV 电动机采用NSR661RF-D 综保装置，其配置的保护如下。

（1）过流保护：采用反时限过流保护，其动作电流应大于额定电流，与热破坏曲线和启动曲线相配合。

（2）速断保护：采用定时限I 段保护，主要是对电动机的短路提供保护，其动作电流应大于电动机的堵转电流且满足灵敏性的要求。

（3）过负荷保护：采用过负荷保护，其动作电流应大于额定电流，动作时间应大于电机的启动时间。

（4）过热保护：采用过热保护段，该保护是为了防止电动机过热而设置的一个模拟电动机发热的模型，综合计及电动机正序和负序电流的热效应。

（5）低电压保护：采用有流闭锁失压保护段，保护装置的电压整定值一般为额定电压的65%～70%，时限一般是0.5 s。

3.1.2 电动机主要参数

该10 kV 厂用电母线共有6 台10 kV 电动机回路，各类型电机主要参数统计如表1所示。

表1 电动机参数表Table 1 Motor parameter list

3.1.3 电动机保护整定计算原则

（1）过流保护动作电流取1.2 倍额定电流（Ie）；动作时间根据ETAP软件时间电流配合曲线选取。

（2）速断保护动作电流取1.3倍堵转电流。

（3）过负荷保护动作电流取1.05倍Ie，动作时间取1.5倍启动时间。

（4）过热保护负序电流发热系数一般取6；散热时间常数可取1.2～4.5 倍，本文中取4.5，以保证散热到允许启动温度；过热报警水平一般取0.8。

（5）低电压动作电压取70%额定电压。

3.1.4 电动机定值总结

电动机定制总结见表2。

表2 电动机定值Table 2 Motor relay setting

3.1.5 电动机灵敏度校验

按最小运行方式下，电动机接线端两相短路时，流过保护装置的短路电流校验，各电动机的速断保护灵敏度均大于1.5，故满足规范要求。

3.1.6 电动机电流保护配合曲线

电动机电流保护配合曲线分别见图1～图6。

图6 给水泵Fig.6 Water supply pump

3.2 10 kV变压器保护整定计算

3.2.1 变压器的保护配置

10 kV 变压器采用NSR631RF-D 综保装置，其配置的保护如下。

图2 细碎煤机Fig.2 Coal crusher

图3 二次风机Fig.3 Secondary fan

图4 一次风机Fig.4 Primary fan

图5 引风机Fig.5 Induction fan

（1）带时限过流保护：采用高压侧I 段过流保护段，其动作电流应大于变压器升温允许的高压侧最大额定电流，动作时间应与0.4 kV开关柜进线保护的整定值相配合，增加0.1～0.2 s的时差，以保证保护的选择性。

（2）定时限速断保护：采用高压侧II段过流保护段，其动作电流应大于0.4 kV开关柜进线保护的定时限速断电流，动作时间取0.1～0.2 s的时差，以保证保护的选择性。

（3）速断保护：采用高压侧III 段过流保护段，其动作电流应躲过最大穿越性故障电流及励磁涌流，同时与下级保护动作曲线相配合。

（4）过负荷保护：采用过负荷告警段，其动作电流应大于变压器的高压侧额定电流，动作时间应大于下级电机的最大启动时间。

3.2.2 变压器主要参数

该10 kV 厂用电母线共有6 台10 kV 变压器回路，各类型变压器主要参数统计见表3。

表3 变压器参数Table 3 Transformer parameter

3.2.3 变压器的保护整定计算原则

（1）过流保护动作电流取1.6 倍Ie；动作时间根据ETAP软件时间电流配合曲线选取。

（2）定时限速断保护动作电流取1.2 倍下级保护的短延时定值，动作时间取0.1～0.2 s的级差。

（3）速断保护动作电流取1.3 倍最大穿越性故障电流。

（4）过负荷保护取1.1倍Ie。

3.2.4 变压器定值总结

变压器定值总结见表4。

表4 变压器定值Table 4 Transformer relay setting

3.2.5 变压器灵敏度校验

按电力系统最小运行方式下，低压侧两相短路时流过高压侧（保护安装处）的短路电流检验过流保护灵敏度，各变压器过流保护灵敏度均大于1.3，满足规范要求；按系统最小运行方式下，保护装置安装处两相短路电流检验速断保护灵敏度，各变压器速断保护灵敏度均大于1.5，满足规范要求。

3.2.6 变压器电流保护配合曲线

变压器电流保护配合曲线分别见图7～图11。

图7 1#厂用变Fig.7 No.1 transformer

图8 3#厂用变Fig.8 No.3 transformer

图9 1#输煤变Fig.9 No.1 coal handling transformer

图10 脱硫变Fig.10 FGD transformer

图11 1#污泥干化变Fig.11 No.1 sludge drying transformer

3.3 10 kV循环水开关柜馈线回路保护整定计算

3.3.1 循环水开关柜馈线回路保护配置

10 kV 开关柜馈线回路采用NSR612RF-D 综保装置，其配置的保护如下。

（1）带时限过流保护：采用I 段过流保护段，其动作电流应大于循环水开关柜的长期允许负荷电流，动作时间应与下级保护的过流保护最大延时值相配合，增加0.2 s的时差，以保证保护的选择性。

（2）速断保护：采用II段过流保护段，其动作电流应躲过可能出现的最大短时负荷电流，同时与下级保护动作曲线相配合。

（3）过负荷保护：采用过负荷告警段，其动作电流应大于开关柜的长期允许负荷电流，动作时间应大于下级电机的最大启动时间。

（4）电流差动保护：采用分相差动保护段。该装置采用经典的分相纵差保护，当差动电流大于0.3 倍制动电流且大于差动保护电流定值时，差动保护动作。

（5）三相一次重合闸：采用重合闸段。在无放电条件下，开关处于合位且合后时，经10 s充电，充电完毕后重合闸投入。

（6）相电流后加速保护：采用相电流后加速保护段，在开关由跳位变合位或开关在跳位由无流到有流的3 s 内无论手动或者自动重合闸，后加速保护均有效。后加速保护动作以后闭锁重合闸。

3.3.2 循环水开关柜馈线回路主要参数

该10 kV 厂用电母线共有1 回10 kV 循环水开关柜馈线回路，其信息如下：10 kV 循环水段长期最大负荷电流为556 A，短时最大负荷电流为910 A。

3.3.3 循环水开关柜馈线回路保护整定计算原则

（1）过流保护动作电流取1.4 倍长期最大负荷电流；动作时间根据ETAP 软件时间电流配合曲线选取。

（2）速断保护动作电流取1.1 倍下级保护的瞬时定值，时间取0.2 s的级差。

（3）过负荷保护取1.25倍长期最大负荷电流。

（4）电流差动保护启动电流定值应大于最大不平衡电流，根据工程经验取10%最大三相短路电流；CT断线差动电流定值取1.2倍负荷电流。

（5）重合闸动作时间应大于检同期和检无压时间；重合闸同期角度应小于合闸冲击电流允许值所对应的角度。

（6）电流后加速保护动作电流取1.1 倍最大短时负荷电流。

3.3.4 循环水开关柜馈线回路定值总结10 kV开关柜馈线定值总结见表5。

表5 10 kV馈线定值Table 5 10 kV feeder relay setting

3.3.5 循环水开关柜馈线回路灵敏度校验

按最小运行方式下，线路末端两相短路电流检验过流保护灵敏度，过流保护灵敏度大于1.3，满足规范要求；按系统最小运行方式下，线路始端两相短路电流检验速断保护灵敏度，速断保护灵敏度大于1.5，满足规范要求。

3.3.6 循环水开关柜馈线回路电流保护配合曲线

循环水开关柜馈线回路电流保护配合曲线见图12。

图12 10 kV馈线-循环水Fig.12 10 kV feeder-circulating water

3.4 10 kV厂用电进线回路保护整定计算

3.4.1 厂用电进线回路保护配置

10 kV 厂用电进线回路采用NSR612RF-DA 综保装置，其配置的保护如下。

（1）带时限过流保护：采用I 段过流保护段，其动作电流应大于长期允许负荷电流且小于电抗器的额定电流，动作时间应与下级保护的过流保护最大延时值相配合，增加0.2 s 的时差，以保证保护的选择性。

（2）速断保护：采用II段过流保护段，其动作电流应躲过可能出现的最大短时负荷电流，同时与下级保护动作曲线相配合。

（3）过负荷保护：采用过负荷保护段，其动作电流应大于的长期允许负荷电流，动作时间应大于下级电机的最大启动时间。

3.4.2 厂用电进线回路保护整定计算原则

（1）过流保护动作电流取1.2 倍长期最大负荷电流；动作时间根据ETAP 软件时间电流配合曲线选取。

（2）速断保护动作电流取1.1 倍下级保护的瞬时定值，动作时间取0.2 s的级差。

（3）过负荷保护取1.05倍长期最大负荷电流。

3.4.3 厂用电进线回路定值总结

厂用电进线定值总结见表6。

表6 10 kV厂用进线综保定值Table 6 10 kV incomer relay setting

3.4.4 厂用电进线回路灵敏度校验

按最小运行方式下，保护装置安装处两相短路电流检验速断保护灵敏度，过流保护灵敏度大于1.3，速断保护灵敏度大于1.5，满足规范要求。

3.4.5 厂用电进线回路电流保护配合曲线

10 kV用电进线回路电流保护配合曲线见图13。

图13 10 kV厂用电进线Fig.13 10 kV incomer

3.5 限流电抗器差动保护整定计算

3.5.1 限流电抗器差动保护配置

电抗器只配备了差动保护，该差动保护由差动电流速断保护和比率差动保护组成。差动速断保护作为差动保护范围内严重故障的保护，CT 断线时不闭锁差动速断保护；比率差动保护经CT 断线元件闭锁，其定值应躲过正常运行时的不平衡电流。

3.5.2 限流电抗器差动保护整定计算原则

（1）差动速断保护取1.3 倍电抗器的最大涌入电流（计为8倍额定电流）。

（2）比率差动保护取1.1 倍不平衡电流（计为20%额定电流），其制动斜率取0.5。

3.5.3 限流电抗器差动定值总结

限流电抗器定值总结见表7。

表7 限流电抗器定值Table 7 Reactor relay setting

3.6 发电机保护整定计算

3.6.1 发电机保护配置

发电机采用NSR-376EAA/B 综保装置，其配置的保护如下。

（1）差动保护：采用NSR-376EAA 的差动速断保护段及比率差动保护段。其中差动速断保护为快速切除区内严重故障而设，当任一相差流大于整定值时，该保护瞬时动作。

（2）定子接地保护：采用NSR-376EAA 的基波零序电压定子接地保护段和三次谐波电压定子接地保护段，定子接地保护动作于定子单相接地故障，经整定延时动作与信号或跳闸。

（3）转子接地保护：采用NSR-376EAA 的转子1点接地保护段和转子2点接地保护段，采用乒乓式转子接地保护，该保护主要反应励磁回路的1 点或2 点接地故障。

（4）负序过负荷保护：采用NSR-376EAB 的负序过负荷定时限保护段。负序过负荷保护主要针对发电机的不对称过负荷、非全相运行以及外部不对称故障引起的负序过流，从而导致转子表层过热的异常工况，也可兼作系统不对称故障的后备保护。

（5）频率异常保护：采用NSR-376EAB 的频率异常保护低频I 段。低频运行会使汽轮机产生低频共振，造成汽轮机叶片的疲劳损伤，这种不可逆的疲劳损伤累计到一定限度会发生叶片及其拉金的断裂事故，后果严重。

（6）发电机复压过流保护：采用NSR-376EAB 的发电机复压过流保护段。复压过流保护主要作为发电机的相间后备保护。

（7）励磁变复压过流保护：采用NSR-376EAB 的励磁变复压过流保护段，其原理同发电机复压过流段。

3.6.2 发电机保护整定计算原则

（1）差动速断保护取5倍发电机额定电流。

（2）比率差动启动电流应大于最大不平衡电流（计为20%额定电流），制动系数取0.5，拐点电流取额定电流。

（3）定子接地保护，其基波零序电压告警值取30%开口三角额定电压，低动作值取1.2 倍告警值，高动作值取1.5 倍告警值；因3 次谐波一般不会超过基波的10%，故并网前3 次谐波电压取8%，并网后取10%。

（4）转子接地保护，其动作值根据工程经验选取，均动作于告警。

（5）逆功率保护，动作功率取1%额定功率。

（6）负序过负荷保护，其动作电流取1.2 倍长期允许运行负序电流（计为10%额定电流）。

（7）频率异常保护，其整定值取95%额定频率。

（8）发电机复压过流保护，I段动作电流取110%发电机额定电流，II 段动作电流取600%发电机额定电流，低电压定值取70%额定电压，负序电压取6%额定电压。

（9）励磁变复压过流保护，过流保护（安装于低压侧）取200%变压器额定电流，速断过流（安装于高压侧）取1400%变压器额定电流，低电压定值取70% 额定电压，负序电压取6% 额定电压。

3.6.3 发电机定值总结

发电机定值总结见表8。

表8 发电机定值Table 8 Generator relay setting

3.6.4 发电机灵敏度校验

按最小运行方式下，保护装置安装处两相短路电流检验速断保护灵敏度，过流保护灵敏度大于1.3，速断保护灵敏度大于1.5，满足规范要求。

3.6.5 发电机电流保护配合曲线

发电机电流保护配合曲线见图14。

图14 发电机Fig.14 Generator

4 结语

继电保护整定应该根据具体的项目实际，并在满足4 项基本要求的前提下，寻求一个最优的方案。如选择性优先，则可适当增加相邻保护的时间差值；如灵敏性优先，则可选择较低的可靠系数；如速动性优先，则可整定较低的动作时间；如可靠性优先，则应选择尽可能简单的保护方案。同时，由于各种保护装置适应电力系统运行变化的能力有限，所以继电保护整定也不是一成不变的。随着电力系统运行情况的变化，继电保护整定值也应全部或者部分做出相应的调整，以满足新的运行需求。