工厂供电系统中电流保护的配置和改进

摘要

　　结合工厂供电系统各供配电设备电流保护的配置和整定情况，分析电流保护的上下级配合和整定计算中存在的问题，并针对这些问题制定优化措施，使继电保护满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性要求。

　　关键词：供电系统，电流保护，配置

　　0引言

　　工供电系统主要由电力系统变电、输电、配电和工C用电四个环节组成，其中电力系统的安全、稳定、可靠运行直接关系到工厂用电的畅通。在电力系统中广泛使用的电流保护，若上、下级配合不当或整定不合理，则会出现误动或拒动现象，从而造成事故的扩大。因此，合理配置和整定电力系统中电流保护，对I厂供电系统的安全稳定运行非常重要]

　　1工厂供电系统电流保护配置情况

　　1.1工厂供电系统情况

　　工厂供电系统- -般为单端放射式供电网络，线路不长，电压在110kV及以下。某工厂供电系统配电网络如图1所示。

　　工厂供电系统以110kV变电站为中心，有2回110kV出线。110kV 变电站下设3变、8变和20变等6kV变电所。其中，3变和8变为装置变电所，直接带电机、6/0. 4kV变压器、电容器等； 20变为中间变电所，带电机、6/0. 4kV变压器等，其下又设27变和37变等6kV变电所。

　　1.2电流保护的配置和整定情况

　　以工厂供电系统中8变（二级6kV变电所）和27变（三级6kV变电所）为例，介绍工厂供电系统电流保护的配置和整定。

　　（1）110kV变电站各回路电流保护配置： 110kV 进线配置限时电流速断保护（1536A,0.3s）、定时限过流保护（804A,2s）； 110kV 母联配置电流速断保护（1836A,0.1s）、定时限过流保护（1536A, 0. 3s）、备自投（无压25%U.;有压75%U.;无流10%In; 3. 6s）；主变110kV侧高后备配置复合电压闭锁I段过流保护（402A,低电压65V,负序电压8V,1.4s）、复合电压闭锁I段过流保护（402A,低电压65V,负序电压8V, 2s）；主变6kV侧低后备配置复合电压闭锁I段过流保护（6080A,低电压65V,负序电压8V,1. 1s）、复合电压闭锁II段过流保护（6 080A,低电压65V,负序电压8V, 1. 7s）； 6kV 母联配置电流速断保护（6720A, 0. 1s）、 定时限过流保护（4 640A, 1.1s）。 备自投（无压25%U.,有压75%U,无流10%I,3. 9s）； 8变馈线配置限时电流速断保护（3 600A, 0. 3s）、定时限过流保护（1 680A, 0. 8s）； 20 变馈线配置限时电流速断保护（50A, 0. 3s）、定时限过流保护（3 220A,0. 8s）。

　　（2）二级6kV变电站8变各回路电流保护配置： 6kV 进线配置定时限过流保护（1 680A, 0. 5s）； 6kV 母联配置定时限过流保护（1 380A, 0. 5s）、备自投（无压20%U.,有压40%U;无流10%In,1. 5s）； #1变压器（1250kVA）配置电流速断保护（1 440A,0s）、 反时限过流保护（240A, 6倍0. 5s）； 6kV 电机（900kW）配置电流速断保护（1200A,0s）、反时限过流保护（148A, 7倍10s）； 380V 进线配置电流速断保护（15 000A. 0s）、 长延时过流保护（1875A,10s）； 380V母联配置电流速断保护（11250A, 0s）、长延时过流保护（1 875A, 10s）、 备自投（无压50%U.,0. 5s）。

　　（3）二级6kV变电站20变各回路电流保护配置： 6kV进线配置定时限过流保护（2800A, 0. 5s）； 6kV 母联配置电流速断保护（2 800A,0s）、 备自投（无压20%U%;有压40%U,无流10%I,1. 5s）； 27变馈线配置定时限过流保护（1 040A, 0. 5s）； #1 变压器（1 250kVA）配置电流速断保护（2 400A, 0s）、 反时限过流保护（260A,6. 2倍0.5s）。

　　（4）三级6kV变电站27变各回路电流保护配置： 6kV进线配置定时限过流保护（880A, 0. 5s）； 6kV 母联配置电流速断保护（880A,0s）、 备自投（无压20%U.;有压40%U_,无流10%In,1.2s）； #1变压器（800kVA）配置电流速断保护（1 700A, 0s）、 反时限过流保护（140A,8倍0.5s）；6kV电机（550kW）配置电流速断保护（720A,0s）、反时限过流保护（160A,4 倍8s）； 380V 进线配置电流速断保护（9 600A,0s）、 长延时过流保护（1600A,10s）；380V母联配置电流速断保护（9600A,0s）、长延时过流保护（1600A, 10s）、 备自投（无压50%U%,0.5s）。

　　2电流保护存在的问题

　　由工厂供电系统各级变电站电流保护的配置与整定可知存在以下问题。

　　37变的最大负荷按2台变压器同时运行，最大容量电机起动，其它电气设备正常运行来计算。由表1可知37变的最大负荷电流Imx为1 689A,则20变馈37变的定时限过流整定值Is为：

　　式中，k为可靠系数； kx为接线系数； ke 为返回系数。

　　2.1线路过流保护的延时时限

　　无法配合110kV变电站110kV进线的过流保护延时时限需与供电部门线路的继保配合，导致下级6kV变电站的馈线和进线的过流保护时限无法配合。馈线过流保护灵敏度不够，通常造成越级跳闸事故。20 变进线、27 变馈线和27变进线的定时限过流保护动作时限均为0. 5s,无法满足继保选择性要求，会出现越级跳闸事故。

　　2.2母联电流保护和备自投配置不合理部分

　　变电站（如8变）中，母联与进线的过流保护仅过流定值有差异（延时时限相同），当母联带变电站另- _段负荷运行时，若下级发生短路故障，则可能发生越级跳闸事故。部分变电站（如20变和27变）中，母联比进线低-个时限级差，造成母联的过流保护变为速断保护，当母联带变电站另- -段负荷运行时，若所带设备出现短路故障，母联的速断保护则会和下级设备的速断保护同时跳闸，导致越级跳闸从工厂供电系统的备自投时限配置可知，在主变电站中，110kV 到6kV的母联备自投时限是按电压等级逐级增加的，而在下级变电站中，母联备自投时限则是按电压等级逐步减小的。当主变电站某条进线失电时，380V 母联备自投将先动作，6kV变电站母联备自投不会动作。由于正常情况下工厂供电系统为分列运行方式，因此备自投时限配置不合理会导致故障出现后备自投动作较多，且恢复工厂供电系统的工作量大。

　　2.3定时限与反时限过流保护配合不合理

　　工厂供电系统中，6kV变电站的馈线和进线的过流保护主要采用定时限型，下级变压器的过流保护则采用反时限型。若下级变压器容量较大而本变电站负荷较轻，则会出现下级变压器反时限过流保护整定值大于上级馈线的定时限过流保护整定值的可能，导致变压器短路故障时进线过流保护动作，越级跳闸。20 变馈37变所带负荷和电缆见表1.

　　20变馈37变的定时限过流动作时限与110kV变电站馈20变馈线配合，为0.5s.

　　根据反时限过流保护整定计算要求，37变#1 变压器反时限过流保护按最大运行方式下变压器低压侧发生三相短路故障延时0.5s来整定。图2为37变#1变压器系统阻抗和短路电流示意图，最大运行方式下，37变#1变压器低压侧三相短路电流为2207A.由此可确定如图3所示的37变#1变压器反时限过电流曲线。

　　由图3可知，37变#1变压器发生短路故障时，若路电流小于2133A,则由37变#1变压器反时限过流护动作跳闸；若短路电流为2 133~2 207A,则由20变饥37变馈线的定时限过流保护动作跳闸，37 变# 1变压器反时限过流保护因延时时限大于0. 5s而不动作，从而出越级跳闸事故；若短路电流超过2 207A,则由37变#变压器反时限过电流保护动作跳闸。综上可知，工厂供电系统中，变电站馈线定时限过流保护与下级变电站变压器反时限过流保护配合不合理。

　　2, 4电机未配置有流闭锁功能电机低电压保护未配置有流闭锁功能，从而导致电材可能因电压互感器断线或电压波动而跳闸停车。

　　2.5 380V供电系统的过流保护和备自投配置不合理从工厂供电系统继保配置和整定知，380V进线配置有电流速断保护，动作时限为0s.由于380V供电系统矩路故障发生频繁，因此主要由空开的速断保护来切除380V设备故障。然而进线开关的灵敏性远高于空开，导致380V设备出现短路故障时，若短路电流超过进线开关的整定值，则易出现越级跳闸事故，即进线开关和空开同时跳闸，扩大了事故停电范围。

　　另外，380V母联备自投的无压定值为50%的额定电压，工厂内的低压接触器释放电压为30%~70%的额定电压，导致电网电压在50%的额定电压时，部分交流接触器仍未释放。鉴于此，有必要降低380V母联备自投无压定值。

　　3工厂供电系统中电流保护的改进措施

　　为满足继电保护的"四性"要求，提高工厂供电系统的可靠性，保证工厂供电系统的安稳运行，需针对工厂供电系统电流保护存在的问题制定出相应的改进措施。

　　3.1 6kV变电站进线电流保护配置优化优化

　　6kV变电所进线过流保护配置，使其仅作用于闭锁备自投而不作用于跳闸，以达到各级供电系统的电流保护时限满足继电保护选择性的目的。主变电站6kV馈线配置限时电流速断和定时限过流保护。其中，限时电流速断  保护时限按下级所带6kV变电站来配置，即带- - 级6kV变电站的馈线设置为0. 3s,带两级6kV变电所的馈线设置为0.6s,下一级6kV变电站的馈线设置为0. 3s;定时限过流保护时限与主变低后备复合电压闭锁过流保护（I段）动作时限配合，下级变电所6kV馈线比上级变电站少一个级差，即0.3s.通过优化过流保护的配置和时限，使整个系统的电流保护时限配置满足继保选择性要求，不再出现越级跳闸事故。

　　3.2母联电流保护配置优化

　　母联电流保护（即充电保护）在母联合闸时投人，在母线充电3s后退出。母联电流保护按最小运行方式下母线发生两相短路时有足够灵敏度来整定，时限为0s.

　　备自投延时时限依据从上级到下级变电站依次增加的原则设置，级差为0.3s.当主变电站某条进线失电后，仅较高电压系统的母联备自投动作，从而减少了事后恢复供电系统的工作量。

　　3.3 6kV变电站馈线定时限过流保护整定计算方法优化

　　对于6kV变电站馈线定时限过流保护整定值，--方面需根据各变电站的最大负荷以及下级变电站内自起动电机的情况来计算；另一方面需与下级变电站内变压器的反时限过流曲线配合，取最大容量变压器反时限曲线上比本馈线动作时限少一个级差时间所对应的电流值（如馈线动作时限为0.8s,馈线动作电流则取最大容量变压器反时限曲线上0.5s对应的电流值）。两者取较大值作为馈线定时限过流保护整定值。

　　对于20变下级6kV变电站37变定时限过流整定值，一方 面需根据变电站的最大负荷以及下级变电所站内自起动电机的情况来计算，20变馈37变的定时限过流整定值为2133A,其动作时限与110kV变电站馈20变馈线相配合，优化后为0.8s;另-方面需与下级变电站内变压器的反时限过流曲线配合，取37变#1变压器在最大运行方式下低压侧发生三相短路故障延时0, 5s时的动作电流，即2207A.取两者中较大者为20变馈37变的定时限过流整定值，即2207A.20变馈37变的定时限过流曲线（改进后）如图4所示。

　　由图4可知，37变#1变压器发生短路故障时，最大短路电流小于20变馈37变的定时限过流保护整定值，因此由37变#1变压器反时限过流保护动作切除故障。只有在#1变压器以上部分发生短路故障时，最大短路电流才会超过20变馈37变的定时限过流保护整定值，此时由20变馈37变的过流保护动作切除故障。另外，20 变馈37变的定时限过流保护与37变#1变压器反时限过流保护的动作时限有0. 3s的级差，故不会出现越级跳闸事故，从而满足了继电保护选择性的要求。

　　3.4电机低电压保护优化

　　在电机低电压保护中加装有流闭锁功能，有流定值按综保单元的门槛值设定。这样可防止电机因TV断线或电压波动而跳闸和停车。

　　3.5 380V进线和母联的配置与整定计算优化

　　对380V进线和母联的配置与整定作了新的规定：关闭电流速断保护，只开放短延时和长延时过流保护。380V进线短延时过流保护按最小运行方式下变压器二次侧（低压母线上）发生两相短路时有足够灵敏度来整定，动作时限为0.3s.380V进线长延时过流保护按变压器二次额定电流来整定，动作时限为10~20s.380V 母联的短延时、长延时过流保护整定值与低压进线的整定值相配合，配合系数取1. 2,动作时限相同。

　　此外，将380V母联备自投的无压定值调整为30%的额定电压，可避免部分低压接触器在电网电压波动较小时跳闸，有利用工厂生产装置的安稳运行。

　　4结束语

　　通过对比工厂供电系统各供配电设备的电流保护配置，发现系统中线路过流保护的延时时限设置、母联及备自投的保护配置、定时限和反时限的配合、高压电机的保。

　　护配置、低压进线和母联的过流保护配置等存在问题。针对这些问题，对电流保护配置和整定进行优化，使电气设备的继保配置更合理，整定值更准确，满足继电保护选择性、速动性、灵敏性和可靠性的要求，提高了供电系统的可靠性，保证了工厂供电系统的安稳运行。

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