摘 要 通過微機綜保在杜兒坪礦瓦斯電站應用的實例介紹，探索了小型瓦斯電站電氣及繼電保護的配置方案和整定方法，引進學習國外繼電保護裝置，并與國產微機綜保和后臺系統(tǒng)進行整合優(yōu)化，為瓦斯電站的電氣系統(tǒng)安全運行提供了有力的保證，適合在瓦斯電站推廣應用。

關鍵詞 瓦斯發(fā)電站；微機綜保；SIEMENS；繼電保護

中圖分類號 TD712 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)062-0190-02

近年來，隨著國家能源結構的調整和瓦斯利用扶持鼓勵政策的相繼出臺，瓦斯作為一種綠色清潔能源開始走上了產業(yè)化的道路，其中使用內燃式往復發(fā)電機組進行瓦斯發(fā)電是目前最經濟、最有效的一種途徑。

從瓦斯氣體輸配角度考慮，煤礦瓦斯電站一般均靠近礦井瓦斯抽排站建設，發(fā)電機組單機規(guī)模不大，目前從500 kW到4000 kW可選，采用內燃機發(fā)電，輔機設備數量不多，負荷也不大，電站主接線系統(tǒng)相對靈活。根據氣量平衡，煤礦瓦斯電站的總裝機規(guī)模一般不超過30 MW，多就近以6 kv～35 kV電壓等級接入礦井變電所，所發(fā)電力補充礦井用電。

瓦斯作為新型能源，國內還沒有明確的瓦斯電站的設計規(guī)范可依，在進行電氣微機綜保配置和整定時只能參考相關設計規(guī)程規(guī)范和設備資料，在充分考慮電站內人員及設備的安全的前提下摸索合理的方案。

1 電氣系統(tǒng)概述

1.1 瓦斯電站概述

杜兒坪礦瓦斯電站位于古交市北石溝村的黃土山地，北與杜兒坪礦北石溝瓦斯抽放站相鄰。電站一期工程投資建設3x1703 kW發(fā)電機組，二期工程投資建設4x1703 kW發(fā)電機組，采用進口道依茨瓦斯內燃機組，發(fā)電機出口電壓選用6.3 kV。

1.2 電氣主接線

電站一期3臺發(fā)電機均接入6.3 kV I段母線，電站饋出1回6.3 kV聯(lián)絡線至北石溝變電所。二期工程建設時4臺發(fā)電機接入6.3 kV II段母線，兩段母線聯(lián)絡至一期預留0段開關柜后經一臺16000 kVA變壓器升壓至38.5 kV，電站38.5 kV以線路變壓器組接線方式饋出1回聯(lián)絡線接入北石溝風機房35 kV箱式變電站。電站正常工況下通過35 kV線路向電網輸電，同時保留一期工程建設的至北石溝

6 kV聯(lián)絡線作為應急電源使用。

1.3 主要設備選型及布置

瓦斯電站內為爆炸危險區(qū)域，考慮消防、防火等因素，電氣設備均選用干式無油化產品，充分考慮使用安全、布置空間、操作維護、平均無故障時間等因素，變壓器和開關設備均選用ABB公司產品，同時受限于山體軟基場地難于布置等實際情況，為節(jié)約場地、縮短建設周期，電站電氣系統(tǒng)設備均采用集裝箱式安裝。其中，電氣集裝箱1布置6.3 kV I段及0段母線開關設備，該箱設備隨一期機組進口；電氣集裝箱2布置電站站用低壓ABB MNS 380 V開關設備、65 Ah DC220V直流屏、38.5 kV線路變壓器組保護組屏、干式站用變壓器等；電氣集裝箱3布置6.3 kV II段母線開關設備及電站38.5 kV開關設備，考慮安全、布置及維護方便，

38.5 kV開關柜選用ABB SF6氣體絕緣開關設備；電氣集裝箱4布置ABB SCR10-16000/35干式低損耗升壓變壓器。

2 主要繼電保護方案

電氣二次部分采用微機綜保裝置和電站綜合自動化系統(tǒng)實現對電站電氣設備的保護和監(jiān)控，綜合自動化系統(tǒng)具有遠動信息接口，同時將電站電氣設備運行參數上傳至地調。

2.1 電站6.3 kV繼電保護

電站6.3 kV發(fā)電機保護裝置隨主設備供貨，設置發(fā)電機差動保護為主保護，后備保護主要包括相間短路帶時限過流保護、無時限速斷保護、頻率保護、失步保護、磁飽和V/F保護、失磁保護、電壓保護、逆功率保護、接地保護及零序保護等，機組保護裝置通過Profibus工業(yè)控制網絡接入電站綜合自動化后臺。

電站其他6.3 kV線路、母聯(lián)、站用變等回路的繼電保護裝置均使用SIEMENS公司7SJ68多功能產品，設置常規(guī)電流和電壓保護，整定計算根據設計手冊并參考綜保要求進行。

2.2 升壓變壓器保護配置和整定如下

1）保護配置和功能：設置差動保護為升壓變主保護，使用SIEMENS公司7UT612保護裝置，在升壓變兩側差流超過整定時聯(lián)動變壓器高、低壓側斷路器。

同時在升壓變高、低壓側各設置一套后備保護，高、低后備均選用SIEMENS公司7SJ68產品，設帶時限過電流保護、過負荷等常規(guī)保護。

差動保護裝置7UT612常用于兩卷變保護，其保護跳閘特性見下圖，

該跳閘特性圖中，Idiff為差動電流，Idiff = | I1+I2 | ，Istab為制動電流，Istab = | I1 | + | I2 |。其中I1和I2分別為變壓器高低壓側電流互感器的二次電流值，INTr為變壓器額定電流。

為防止二次及高次諧波造成裝置誤動，在圖中閉鎖區(qū)可以設置諧波制動，當諧波超過整定值限值可實現閉鎖差動出口不動作，閉鎖時間也可設定。

裝置具有CT飽和指示器，當區(qū)外故障流過很大的穿越電流引起CT飽和而產生差流，裝置可判別該情況。當由于CT飽和導致的差流，剛開始時，電流特性必落在“附加穩(wěn)定區(qū)”中，這時可閉鎖差動保護約8個周波，不致差動誤動。

當故障由區(qū)外向區(qū)內發(fā)展時，電流點將落故障特性上，需2周波時間來確定是區(qū)內故障，從而中斷CT飽和閉鎖，差動動作。因此，差動在這種情況下不會拒動。

2）保護整定。差動保護整定：差動保護動作門檻值Idiff>即最小保護動作電流，按躲過變壓器額定負載下的最大不平衡電流原則整定，即Idiff>=Krel*(Ker+△U)*Ie，Ie為升壓變二次額定電流，Krel可靠系數取1.3-1.5，升壓變各側電流互感器的比誤差Ker按照規(guī)程取0.06，變壓器調壓引起的誤差△U取調壓范圍中偏離額定值的最大值，經計算并考慮防止誤動Idiff取0.55Ie。

一般變壓器空載投入時的最大勵磁涌流要大于最大不平衡電流，因此差電流速斷定值Idiff>>按照躲過變壓器空載投入時的最大勵磁涌流整定，即Idiff>>=K*Ie，考慮變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小Idiff>>取5.5Ie，動作時間取0S。

比率制動特性曲線制動系數按照一段式比率制動特性整定，制動系數取0.3。

諧波制動比參數裝置內用各相電流中二次諧波分量與基波分量的比值計，整定值取20%，為防止變壓器某一相涌流超過差動門檻值而二次諧波比達不到20%的情況下造成裝置誤動，需要投入交叉閉鎖時間躲過變壓器勵磁涌流的衰減時間，閉鎖時間取0.2S。

為防止故障電流引起電流互感器飽和造成誤動，首先CT二次電流選用1A，另投入CT飽和附加穩(wěn)定區(qū)制動，起始制動電流取6Ie，交叉閉鎖時間取0.16S。

2.3 線路保護配置和整定如下

1）保護配置和功能：線路相間短路主保護配置光纖縱差保護：保護裝置使用SIEMENS公司7SD610保護裝置，在線路內部發(fā)生故障時，動作于線路兩側斷路器。

線路后備保護及解列裝置使用南瑞中德NSP788W，后備保護主要整定帶時限過流保護及高低壓、高低頻解列發(fā)電機保護。

主保護裝置安裝于線路兩側末端，對每一相分別進行測量和分析，能識別復雜的多相故障，保護抑制變壓器涌流，出現故障時及時雙側跳閘。兩側裝置利用專用光纜通信線路通過保護數據接口來進行測量信息的交換，當通信故障時，能自診斷報警，并能將內置的過電流定時限保護自動切換到緊急操作狀態(tài)，直到通信正常為止，過電流定時限保護也可以在任一端獨立且并行于差動保護操作。

2）保護整定。線路光差差動保護整定：差動啟動值Idiff>整定需要考慮被保護對象的穩(wěn)態(tài)的支路電流，長線路情況下的充電電流，一般差動啟動值Idiff >必須至少是計算充電電流的2～2.5 倍，而且不應低于15%的運行額定電流，本項目整定為0.2Ie，時限0S，其中Ie為線路運行的額定電流。差動啟動值Idiff >歸算至一次值后在線路兩端的設置相等；為避開合閘時的線路充電電流及變壓器勵磁涌流，整定合閘時差動啟動值5.5Ie，合閘后閉鎖時間0.2S再切換到差動啟動值Idiff>；差動速斷啟動值Idiff>>整定為線路正常運行電流附近，取1.2Ie；線路末端含變壓器，整定線路二次諧波制動為15%，當涌流超過1.414*In/Uk（In為變壓器額定電流，Uk為變壓器阻抗電壓）時不設閉鎖。

2.4 接入變電站繼電保護改造

瓦斯電站接入北石溝風機房變電站536開關柜，該接入變電站為杜兒坪礦扇風機房和瓦斯抽放站負荷供電，瓦斯發(fā)電機組的調速及勵磁系統(tǒng)調整無法適應扇風機房及瓦斯抽排站較大的單機負荷變化，為確保礦井重要負荷的供電安全，用戶委托接入系統(tǒng)按以下主要安全原則設置：任何故障狀態(tài)優(yōu)先切除瓦斯電站，電站不設孤網運行模式；536開關設線路無壓合閘閉鎖；設線路光差主保護及電流電壓后備保護；風機房變電所兩段進線無流連跳536（帶母聯(lián)判斷）；風機房上一級變電所至風機房聯(lián)絡開關跳閘通過光纖傳輸斷路器輔助觸點電平信號連跳536開關（帶母聯(lián)判斷）；因上級變電所至風機房變電所聯(lián)絡開關有可能投入自動重合閘功能，但上級變電所原先設計未考慮下側為電源，無檢同期或檢無壓閉鎖，為防止電站投入后非同期重合，增加536開關合閘后斷開上級聯(lián)絡線重合閘回路的閉鎖。

根據上述原則對接入變電站進行繼電保護改造，主要包括：設置西門子7SD610線路光差保護；設置南瑞中德NSP788W線路后備保護；設置南瑞中德NSP788W實現風機房變電站兩段進線檢無流跳536；設置光纖連跳裝置TF101K實現上級變電所至風機房聯(lián)絡線開關跳閘連跳536。

3 結束語

杜兒坪瓦斯電站繼電保護系統(tǒng)引進了SIEMENS公司的微機綜保裝置，并整合到國產綜合自動化系統(tǒng)中，自投運以來運行良好，電站電氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定，保證了瓦斯電站的穩(wěn)定運行，也保護了礦井生產的電力供應安全。SIEMENS微機綜保在抗干擾措施、算法靈活性、邏輯嚴謹性反方面值得深入地學習和探討，以便更好地指導我們今后更加合理地進行瓦斯電站保護配置方案的確定，更加準確地進行繼電保護整定的計算。

參考文獻

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