電力系統(tǒng)低壓母線保護分析探討

1、電力系統(tǒng)低壓母線保護分析探討作者：武平來源：科技創(chuàng)新導報2011年第13期摘 要:文章對變電站主變低壓母線和發(fā)電廠廠用6kV母線保護的現(xiàn)狀和存在的問題進行了分析,討論了裝設(shè)快速母線保護的必要性和可行性,并提出了實現(xiàn)母線快速保護的新方案。 關(guān)鍵詞:變電站發(fā)電廠低壓廠用母線快速保護 中圖分類號:TP39 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0077-01 在電力系統(tǒng)中,35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩(wěn)定問題,一般不要求裝設(shè)專用母線保護。但由于變電站的10kV系統(tǒng)出線多、操作頻繁、容易受小動物危害、設(shè)備絕緣老化和機械損傷等原因,10kV開關(guān)柜故障時有發(fā)生1。 經(jīng)

2、運行實踐表明,雖然近年來高壓開關(guān)柜的設(shè)計制造技術(shù)進步很快,10kV母線發(fā)生故障的機率大為減少,但仍然有因個別開關(guān)柜故障引發(fā)整段開關(guān)柜“火燒聯(lián)營”的事故發(fā)生,甚至波及到變壓器,直至造成變壓器的燒毀。 1 低壓側(cè)母線保護現(xiàn)狀 1.1 低壓側(cè)母線保護的應用現(xiàn)狀 根據(jù)國標電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范(GB5006292):對于發(fā)電廠和主要變電所的310kV母線及并列運行的雙母線,只要在下列情況下才裝設(shè)專用的母線保護: (1)需要快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障,才能保證發(fā)電廠及電力網(wǎng)安全運行和重要負荷的可靠供電時;2)當線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時。 在變電站的設(shè)計中,低壓

3、側(cè)母線故障要靠主變壓器低壓側(cè)的后備保護來切除。 常見的220kV(110kV)變電站低壓母線,在主變低壓側(cè)母線或斷路器發(fā)生故障時,要靠變壓器低壓側(cè)的過流保護跳開斷路器來切除故障。同樣的問題也存在于發(fā)電廠的6kV(10kV)廠用電系統(tǒng),當中壓廠用電系統(tǒng)發(fā)生母線故障時,要靠廠用變壓器或啟動/備用變壓器低壓側(cè)的過流后備保護來切除。 目前,我國6kV系統(tǒng)保護的整定原則無具體要求,各電廠整定值大多是參考電網(wǎng)后備保護的原則,一般在1.52.0s。確定分支過流動作時間,應首先按變壓器的熱穩(wěn)定能力確定變壓器的最長允許切除時間。 1.2 對低壓側(cè)母線保護的技術(shù)要求,主要包括以下幾個方面 (1)保護可靠性要求高,

4、不允許拒動和誤動。特別是對防止誤動的要求更高,如果是發(fā)生誤動,后果很嚴重。(2)保護的構(gòu)成應盡可能簡單。不大量增加一次設(shè)備(如電流互感器)和外部電纜,而且施工和改造工作簡單易行。(3)保護不受運行方式的影響,可以自動適應母線上連接元件的改變。(4)保護既可獨立安裝,也可以適應安裝在開關(guān)柜上的運行條件。 2 低壓側(cè)母線的保護 2.1 采用電流互感器第三個二次線圈構(gòu)成差動保護的方案 為了解決在35kV、10kV系統(tǒng)發(fā)生母線故障時沒有快速保護的問題,最直接的方案就是配置常規(guī)的微機母線差動保護,把所有母線段上各回路的電流量引入差動保護裝置。該方案保護可以集中組屏布置在繼電器室內(nèi),也可以將保護布置在進線

5、開關(guān)柜上。 近幾年,具備三個二次線圈的電流互感器開始出現(xiàn)和應用,這為實現(xiàn)低壓母線短路故障的快速保護創(chuàng)造了有利條件。 但是在實施這一方案時,經(jīng)常會受到現(xiàn)場條件的限制。該方案的缺點是需增加的二次電纜較多,電纜投資大,現(xiàn)場施工工作量大。而且,如不增加電壓閉鎖回路,在發(fā)生TA斷線情況時,保護的可靠性較低。 2.2 利用各開關(guān)柜內(nèi)綜合保護構(gòu)成的母線快速保護方案 其原理是利用各開關(guān)柜綜合保護提供的故障信息(硬接點),經(jīng)匯總后進行綜合分析和邏輯判別,來實現(xiàn)低壓側(cè)母線短路故障的快速切除。母線故障的快速保護功能“鑲嵌”在進線保護裝置及分段保護裝置內(nèi),不以獨立的母線保護裝置形態(tài)出現(xiàn)。 出線上的所有單元的瞬時動作接

6、點并聯(lián)后接入后備保護裝置,以閉鎖后備保護裝置的母線速斷保護。當故障發(fā)生在母線之外,則必有某一個回路的綜合保護發(fā)出閉鎖信號,這樣進線保護(或分段保護)被可靠閉鎖;如果故障發(fā)生在母線上,則進線保護接收不到閉鎖信號,經(jīng)一短延時(該延時主要是為躲開暫態(tài)過程,提高保護可靠性,一般小于100ms)后出口跳閘。在母線區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障時,將快速切除進線斷路器,在用分段斷路器帶母線運行時,保護將快速切除分段斷路器。 該方案的特點是在構(gòu)成上不需要增加和改變TA和TV設(shè)備和回路,只是在綜合保護上增加構(gòu)成母線快速接點的配合接點,增加的電纜也不多。其缺點一是變壓器低壓側(cè)并列運行,無法正確選擇故障母線;二是低壓側(cè)出線如為有

7、源線路,無法區(qū)分母線和線路故障;三是對相繼故障(線路故障轉(zhuǎn)為母線故障)。因此,此方案可作為220kV及以上變電站中分段運行及無電源出線,且現(xiàn)有TA配置不滿足加裝母差保護要求的低壓側(cè)母線的快速保護。 3 發(fā)電廠6kV廠用母線保護改進的可行性探討 3.1 為分支增設(shè)限時速斷保護的改進方案 (1)根據(jù)不同發(fā)變組的具體情況,在原有分支過流的基礎(chǔ)上增設(shè)一段限時速斷,電流定值按躲開該母線的啟動電流,且6kV母線故障有一定的靈敏度來整定,時限只與6kV負荷開關(guān)的電流速斷保護配合,按大于負荷開關(guān)速斷保護的動作時間與6kV開關(guān)的掉閘時間之和的原則,一般取為0.51.0S。(2)將原有的分支過流電流定值按大于最大

8、負荷電流乘以一定的可靠系數(shù)重新整定,時間則按躲過6kV大型電動機的啟動時間整定。(3)對于高備變的分支保護,因可能還需要各工作段的備用進線開關(guān)配合,所以可將備用進線開關(guān)按上述方法改造。 提出這樣的改進方案的出發(fā)點在于增加的限時速斷不但可以作為6kV負荷開關(guān)的后備保護,而且還可作為廠變出口故障的主保護,以減少廠高變的損壞概率,將原有分支過流整定值放低后,在大多情況下可作為廠低變及高壓電動機的后備保護。 3.2 為6kV母線加裝簡易母線保護 由于廠用6kV母線出線開關(guān)數(shù)量大,采用常規(guī)的電流求和構(gòu)成的典型母差保護顯然不合理,在不增加各負荷開關(guān)TA的情況下,可以只用各負荷開關(guān)的原保護動作信號及分支開關(guān)的保護動作信號經(jīng)相應的邏輯電路來實現(xiàn)母線保護的功能。 3.3 為6kV母線加裝弧光保護 該保護利用6kV母線及開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生故障時必有弧光產(chǎn)生的現(xiàn)象,在每個柜內(nèi)或幾個柜中裝設(shè)一個弧光檢測探頭,當檢測到弧光信號后,經(jīng)很小的延時斷開分支開關(guān)切除故障。為提高保護的抗干擾能力,可用分支過流保護的動作接點加以閉鎖,即在有弧光產(chǎn)生且分支過流繼電器動作時,保護出口斷開分支開關(guān)。 4 結(jié)語 綜上所述,電力系統(tǒng)低壓側(cè)常規(guī)的保護方案顯然不能滿足快速切除故障的要求,在變電站的低壓母線和發(fā)電廠6kV廠用母線上裝設(shè)快速保護是很有必要的,