白鳳娟

（中國昆侖工程有限公司）

0 引言

電力系統(tǒng)在運行中可能會發(fā)生某些故障和不正常運行狀態(tài)，其中各種形式的短路是最常見也是最危險的故障。在發(fā)生短路時流過故障點的短路電流非常大，為了減小或避免大電流對電力系統(tǒng)的沖擊和損害，過電流保護(hù)裝置和動作時間必須合理匹配。但在某些情況下，由于與系統(tǒng)中的其他保護(hù)不能很好地配合，就會導(dǎo)致誤動作，造成整個系統(tǒng)故障。因此過電流保護(hù)能否正確動作，對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行非常重要。

某煉油廠精對苯二甲酸主裝置10 kV進(jìn)線是110 kV變電站兩段母線進(jìn)線（A段進(jìn)線、B段進(jìn)線）和汽輪發(fā)電機(jī)一路進(jìn)線。10 kV母線進(jìn)線的兩臺變壓器分列運行，采用單母線分段接線。汽輪發(fā)電機(jī)的額定功率為25 MW，實際發(fā)電量19 MW，主裝置實際用電量12～13 MW。由于發(fā)電機(jī)發(fā)電量大于實際用電量，多余電量將會向上一級反送，有可能破壞系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。所以主裝置的10 kV進(jìn)線斷路器要設(shè)置帶方向的過電流保護(hù)配合。

1 主裝置10 kV進(jìn)線側(cè)短路電流計算

該工程案例的分析計算只采樣A段進(jìn)線的數(shù)據(jù)，方向過電流保護(hù)設(shè)定值是斷路器a的設(shè)定值。電氣網(wǎng)絡(luò)短路電流計算電路圖見圖1。

圖1 電氣網(wǎng)絡(luò)短路電流計算電路圖

1.1 電抗計算

變電站至110 kV總降8.5 km，導(dǎo)線采用鋼芯鋁絞線，型號為LGJ-3（1×300） mm2。110 kV入口處最小運行方式下正序短路阻抗標(biāo)幺值X*=0.038 6。

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》第四版中表4.6-2及表4.6-3，選取常用基準(zhǔn)容量Sb=100 MVA，系統(tǒng)標(biāo)稱電壓Ua=10 kV，準(zhǔn)電壓Ub=10.5 kV，基準(zhǔn)電流Ib=5.5 kA。

（1）變壓器電抗XT1*：

式中：UKN%——變壓器額定阻抗電壓百分比；SNT——變壓器的額定容量，MVA。

（2）發(fā)電機(jī)電抗XT2*：

式中：Xd"%——發(fā)電機(jī)額定阻抗電壓百分比；SNG——發(fā)電機(jī)的額定容量，MVA。

換算到發(fā)電機(jī)基準(zhǔn)容量下的電抗XT2*'：

（3）線路電抗XL：

式中：L——線路長度，km；x——導(dǎo)線每千米電抗標(biāo)幺值，導(dǎo)線采用交聯(lián)聚乙烯絕緣三芯電力電纜，型號為YJV-8.7/10 kV- （3×240） mm2，x=0.079。

線路1長度1.37 km，電抗XL1*=0.098 Ω

線路2長度0.388 km，電抗XL2*=0.028 Ω

（4）變壓器側(cè)總電抗X3*：

（5）發(fā)電機(jī)側(cè)總電抗X4*：

1.2 遠(yuǎn)端短路電源端饋電的短路電流計算

（1）地區(qū)電網(wǎng)供給K點的短路電流Is"：

（2）短路電流峰值流ips：

1.3 發(fā)電機(jī)饋電的短路電流計算

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》第四版中表4.6-6得出短路電流初始值超瞬態(tài)短路電流I"及發(fā)電機(jī)端短路4S短路電流流分量標(biāo)幺值I4*：

式中：IoG*——發(fā)電機(jī)端短路0S短路電流交流分量標(biāo)幺值，kA；IK*——穩(wěn)態(tài)短路電流有效值，kA。

（1）發(fā)電機(jī)的額定電流ING：

（3）發(fā)電機(jī)短路電流有效值IKG：

（5）發(fā)電機(jī)短路電流峰值ipG：

1.4 異步電動機(jī)反饋的短路電流計算

短路點附近有兩臺異步電動機(jī)供給K點的短路電流。1臺電機(jī)銘牌參數(shù)為250 kW，額定電流17.6 A，啟動倍數(shù)Kst=7倍；1臺電機(jī)銘牌參數(shù)為560 kW，額定電流39.4 A，電機(jī)啟動倍數(shù)Kst=6.5倍。由此得出異步電動機(jī)提供的反饋電流周期分量初始值和異步電動機(jī)提供的反饋電流峰值電流iM：

經(jīng)計算，10 kV側(cè)進(jìn)線K點的總短路電流IK為：

10 kV側(cè)進(jìn)線K點的短路電流峰值iK為：

2 10 kV線路的繼電保護(hù)整定計算

線路工作電流按所有負(fù)荷的額定電流計算，包括所有高壓電機(jī)額定電流和10 kV/0.4 kV變壓器高壓側(cè)額定電流。保護(hù)裝置的動作電流Iop.k（應(yīng)躲過線路的過負(fù)荷電流）計算公式為：

式中：Krel——可靠系數(shù)，本工程保護(hù)裝置用采用微機(jī)保護(hù)，微機(jī)保護(hù)可靠系數(shù)Krel為1.05～1.2，該計算取1.2；Kcon——接線系數(shù)，接于相電流時取1，接于相電流差時取該計算取1；Kr——微機(jī)保護(hù)返回系數(shù)，取0.90；nTA——電流互感器變比，此項目進(jìn)線互感器變比為800/5；Iol——線路過負(fù)荷電流（包括電動機(jī)起動所引起的電流），A。

保護(hù)裝置一次動作電流Iop計算公式為：

經(jīng)計算，線路過負(fù)荷電流Iol=974.2 A，保護(hù)裝置的動作電流Iop.k=12.99 A，保護(hù)裝置一次動作電流Iop=2 078.3 A。

3 靈敏系數(shù)

主保護(hù)是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)。保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)（按最小運行方式下線路末端兩相短路電流校驗）應(yīng)不小于1.3，計算公式為：

式中：I2k2.min——最小運行方式下，線路末端兩相短路穩(wěn)態(tài)電流，A。經(jīng)計算，Ksen=8.88。

短路保護(hù)的最小靈敏系數(shù)見表1。

表1 短路保護(hù)的最小靈敏系數(shù)

4 方向過流保護(hù)裝置的動作配合

保護(hù)裝置的動作電流應(yīng)與動作時間配合，上下級保護(hù)裝置的動作也應(yīng)相互配合，以保證保護(hù)裝置具有選擇性。

（1）按動作電流配合。在所選定的故障形式下，上下級保護(hù)裝置的動作電流之比不應(yīng)小于1.1。

（2）按動作時限配合。上下級保護(hù)裝置的動作時限應(yīng)有一差值（時限階段）Δt。定時限保護(hù)之間Δt一般為0.3 s，反時限保護(hù)之間Δt一般為0.3～0.5 s，定時限保護(hù)與反時限保護(hù)之間的Δt一般為0.3～0.5 s。

5 現(xiàn)場實測A段進(jìn)線微機(jī)保護(hù)測量值

主裝置區(qū)A段進(jìn)線有功功率P=1.92 MW，無功功率Q=1.17 Mvar，視在功率S=2.15 MVA，功率因數(shù)cos?=0.857，頻率49.98～50 HZ。經(jīng)計算得保護(hù)裝置的動作電流Iop.k=12.99 A；過流保護(hù)時間0.5 s。

A段進(jìn)線微機(jī)保護(hù)現(xiàn)場實際測量出的電流、電壓及夾角見表2，測量值矢量圖見圖2。

表2 微機(jī)保護(hù)現(xiàn)場實際測量值

圖2 10 kV A段進(jìn)線微機(jī)保護(hù)測量值矢量圖

方向過流保護(hù)的設(shè)置以10 kV母線為基準(zhǔn)，規(guī)定電流由母線側(cè)流向線路側(cè)的電流為正方向。在故障情況下，設(shè)置過流方向保護(hù)，正方向IA與UBC的夾角為29°～44°，本工程取29°。那么過流保護(hù)裝置的動作范圍就是119°～59°，以IA（正常）為基準(zhǔn)正向保護(hù)特征角±89°為動作區(qū)域，在保護(hù)特征角動作范圍內(nèi)為正方向，否則為反方向。

6 結(jié)束語

結(jié)合實際工程案例，對于有多路電源進(jìn)線的電力線路，通過簡單計算方向過電流保護(hù)的設(shè)置，能夠迅速判斷發(fā)生短路故障時的電流方向，縮小事故范圍，保證主裝置的正常運行，并且不影響上一級變電站裝置的正常運行。