摘 要：發(fā)電廠(chǎng)低壓廠(chǎng)用電系統使用的通常為380V系統供電，隨著(zhù)社會(huì )發(fā)展發(fā)電機組容量持續增加，使得原有的單一工作段配電方式逐漸轉換成為電動(dòng)機動(dòng)力中心（MCC）以及低壓動(dòng)力中心（PC）的方式，這給用電保護整定帶來(lái)了困難，本文針對現有供電方式下的發(fā)電廠(chǎng)低壓廠(chǎng)用電保護整定配合進(jìn)行了分析，重點(diǎn)針對經(jīng)常出現的整定配合原則進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞發(fā)電廠(chǎng)；低壓廠(chǎng)用電；保護；整定配合

一、引言

在進(jìn)行繼電保護整定計算時(shí)，對于被保護設備的故障電流和故障電壓的計算是最基礎的，只要能夠準確計算上述的故障電流和故障電壓，那么后續的整定過(guò)程就比較簡(jiǎn)單。就當前情況而言，系統保護和發(fā)電組保護都有對應的導則和規程指導操作。但是在實(shí)際運行過(guò)程中，發(fā)電廠(chǎng)低壓廠(chǎng)用電的繼電保護配置存在很多種形式，沒(méi)有統一的規范標準。對于低壓廠(chǎng)用電而言，有MCC電動(dòng)機控制中心以及PC電動(dòng)機動(dòng)力中心，與PC母線(xiàn)相關(guān)的開(kāi)關(guān)有很多，如進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、備用進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)等，都是非常重要的電氣設施。已有的技術(shù)規范中已經(jīng)明確規定，低壓廠(chǎng)變壓器必須要配置速斷保護、接地保護以及定時(shí)限過(guò)電流保護等。對于母線(xiàn)支路中的大容量電機及其配電線(xiàn)路通常都安裝帶脫扣器的開(kāi)關(guān)，而其他位置的開(kāi)關(guān)通常都設置為熱繼電器或者熔斷器以達到保護的目的。針對接地保護，部分設計中沒(méi)有配置零序過(guò)流保護，部分設計中則會(huì )配置零序過(guò)流保護。由于缺乏統一的標準規范，給低壓系統繼電保護的整定計算造成了極大的不便。

二、發(fā)電廠(chǎng)低壓廠(chǎng)用電系統分析

在發(fā)電廠(chǎng)中，對于大容量機組的廠(chǎng)用低壓變壓器而言，通常都是根據“暗備用"的模式進(jìn)行配置，也就是同時(shí)安裝有兩臺低壓變壓器，其中一臺投入使用，另外一臺作為備用。如果其中一臺變壓修時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)切換啟動(dòng)備用變壓器。

通常而言，低壓電機都是通過(guò)熱繼電器或者熔斷器進(jìn)行短路保護，包括接地短路和相間短路，MCC進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)通常器出現故障問(wèn)題或者需要停機檢都是通過(guò)開(kāi)關(guān)脫扣器實(shí)施保護，PC進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)通過(guò)繼電器或者開(kāi)關(guān)脫扣器實(shí)施保護，分段聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)同樣如此。

對于變壓器而言，在高壓側通常都會(huì )配備有速斷保護、接地保護、過(guò)流保護，在變壓器低壓側通常會(huì )配備有中性點(diǎn)零序過(guò)流保護，開(kāi)關(guān)脫扣器通常會(huì )配備有接地保護、速斷保護、延時(shí)過(guò)流保護。

三、發(fā)電廠(chǎng)低壓廠(chǎng)用電保護整定配合分析

3.1根據低壓母線(xiàn)電機啟動(dòng)電流的原則進(jìn)行整定匹配

行業(yè)技術(shù)規范標準中已經(jīng)給出明確的規定，低壓廠(chǎng)中使用的變壓器必須要配備電流保護，確保在發(fā)生短路問(wèn)題時(shí)能夠將變壓器兩側的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，以達到保護變壓器和相關(guān)電氣元件的目的。如果變壓器同時(shí)給兩個(gè)及以上分段進(jìn)行供電，那么每個(gè)分段上都應該配備電流保護。

由于低壓母線(xiàn)通常都不會(huì )配備低電壓保護，因此當出現母線(xiàn)故障時(shí)連接在母線(xiàn)上的電源開(kāi)關(guān)都不會(huì )發(fā)生動(dòng)作，此時(shí)當恢復電壓后電機就會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)?；诖?，在設計母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)過(guò)流保護時(shí)，不可以只是簡(jiǎn)單的考慮電機啟動(dòng)電流，同時(shí)考慮容量最大電機的啟動(dòng)電流和正常運轉負荷電流也不符合實(shí)際情況，正確的做法應該是將所有電機啟動(dòng)電流進(jìn)行綜合考慮。

對于變壓器的高壓側和低壓側，在設計過(guò)流保護時(shí)考慮的因素類(lèi)似，因此本文只針對低壓側的情況進(jìn)行分析。通常情況下，在設計低壓側過(guò)流保護時(shí)考慮的原則就是避開(kāi)低壓母線(xiàn)電機啟動(dòng)電流，雖然該方法得到了很多的使用，然而實(shí)際上這種方法是存在一定缺陷的，因為在使用該種方法時(shí)不能與對應的熱繼電器或容電器保護特性進(jìn)行很好的匹配，帶來(lái)的問(wèn)題就是電機部分出現短路故障使得變壓器出現過(guò)流保護而引發(fā)越級跳閘現象。工作進(jìn)線(xiàn)可能出現變壓器高壓母線(xiàn)電源慢速切換的問(wèn)題，所以在設計過(guò)流保護時(shí)需要將母線(xiàn)電機成組自啟動(dòng)現象考慮在內。為了滿(mǎn)足實(shí)際需要，正確的做法應該是考慮母線(xiàn)全部電機成組自啟動(dòng)電流以及其他所有負荷電流后，還需要檢驗其與熔斷器特性之間的配合情況。

通常而言，熔斷器額定電流值為電機額定電流值的1.3–1.5倍，其熔斷特性呈現出反時(shí)限特征。當熔斷器中流過(guò)的電流值超過(guò)額定電流值1.2倍后，熔斷器能夠在0.1s的時(shí)間內熔斷。

如果電機和熔斷器的額定電流值相差較大，或者電機的電纜長(cháng)度較長(cháng)時(shí)，發(fā)生在電纜末端的短路電流可能還無(wú)法達到熔斷器的閾值而進(jìn)入反時(shí)限特性，但是對于根據定時(shí)限進(jìn)行整定的母線(xiàn)而言，已經(jīng)超過(guò)了定時(shí)限過(guò)流，此時(shí)，進(jìn)線(xiàn)過(guò)流保護就會(huì )出現越級跳閘現象。低壓PC端如果母線(xiàn)失電可能造成部分機組停電或者是負荷降低。

對于容量較大且電纜很長(cháng)的電機，需要檢驗電纜末端出現短路故障時(shí)，母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)過(guò)流保護與熔斷器特性之間的配合問(wèn)題。如果兩者之間不匹配，可以采取的措施主要有加大電纜橫截面積、更換電機熔斷器為脫扣器開(kāi)關(guān)等。經(jīng)驗表明，當電機額定電流不超過(guò)100A，電纜長(cháng)度大于150m時(shí)就需要開(kāi)展上述的配合檢驗工作。當電機額定電流超過(guò)100A，則應該使用脫扣器開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護。

不同保護之間延時(shí)配合的情況如下：末級負荷按照瞬時(shí)考慮，MCC進(jìn)線(xiàn)、PC聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)、PC進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、變壓器高壓側的短延時(shí)電流分別按照0.2s、0.3s、0.4s和0.7s進(jìn)行考慮。

3.2變壓器低壓側中性點(diǎn)零序過(guò)流保護整定配合分析

通常情況下對于低壓變壓器都是設計成Dyn接線(xiàn)，將低壓側中性點(diǎn)進(jìn)行接地，目的在于提升發(fā)生接地短路時(shí)的短路電流。所以，通常對低壓系統相間短路保護整定作為主保護，而將支線(xiàn)路開(kāi)關(guān)脫扣器接地保護整定作為備用保護。在變壓器低壓側中性點(diǎn)配備的零序過(guò)電流保護劃分成為兩段，分別為零序過(guò)流反時(shí)限以及零序過(guò)流定時(shí)限。若根據定時(shí)限進(jìn)行配合整定，由于低壓電機通常通過(guò)熱繼電器或者熔斷器進(jìn)行保護，如果電機電纜長(cháng)度較長(cháng)時(shí)短路故障電流值可能無(wú)法達到熔斷器的閾值，兩者之間出現不匹配的問(wèn)題。若根據反時(shí)限進(jìn)行配合整定，如果電機電纜長(cháng)度較長(cháng)，在電纜末端出現短路故障電流時(shí)為了讓其與熔斷器特征進(jìn)行匹配，需要把變壓器中性點(diǎn)零序過(guò)流保護設置成為反時(shí)限特性。但是此時(shí)無(wú)法達到快速切斷的要求，實(shí)踐經(jīng)驗表明，支路電纜的長(cháng)度如果大于100m，就無(wú)法滿(mǎn)足快速切斷的要求?；诖?，在設計過(guò)程中應該盡可能縮短電纜的長(cháng)度。

根據定時(shí)限出口的方式切除故障的方法比較合適，但這種方法要求發(fā)生接地故障時(shí)具有足夠大的零序電流。具體措施為提升電纜以及零回路導體橫截面積，或者控制電纜長(cháng)度。

3.3開(kāi)關(guān)脫扣器與熱繼電器、熔斷器特性配合分析

通常而言開(kāi)關(guān)脫扣器具有長(cháng)延時(shí)動(dòng)作特征，該特征與熔斷器相同，因此其在匹配時(shí)需要從動(dòng)作門(mén)檻方面著(zhù)手。如果熱繼電器或熔斷器設置在末級支路中，進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)脫扣器只能整定出短延時(shí)接地段和過(guò)流段，只有在電纜長(cháng)度足夠長(cháng)時(shí)才能夠整定出瞬時(shí)段。對于瞬時(shí)段和短延時(shí)段，其整定原則類(lèi)似變壓器過(guò)流保護。接地段與熱繼電器或熔斷器通常情況下是匹配的，如果不匹配則可以?xún)?yōu)化零序阻抗的方法進(jìn)行匹配，而不應該通過(guò)增加延時(shí)的措施進(jìn)行匹配。

四、ARD系列電動(dòng)機保護器產(chǎn)品選型介紹

ARD智能電動(dòng)機保護器適用于額定電壓至660V的低壓電動(dòng)機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動(dòng)機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿(mǎn)足多種控制方式。該產(chǎn)品采用分體式結構，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應各種柜體的安裝?？蛇x配不同通訊模塊適應現場(chǎng)通訊需求。

4.1、功能特點(diǎn)

■支持基波和全波電力參數測量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電流及電流不平衡度、電流正序、負序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。

■保護功能包括過(guò)載反時(shí)限、過(guò)載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過(guò)功率、欠功率、過(guò)壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數限制、運行時(shí)間報警、故障次數報警。

■9路可編程DI輸入，默認采用內置DC24V電源，也可選擇外部有源濕接點(diǎn)。

■5路可編程DO輸出，滿(mǎn)足直接起動(dòng)，星—三角起動(dòng)，自耦變壓器起動(dòng)，等多種起動(dòng)方式，可通過(guò)通訊總線(xiàn)實(shí)現主站對電動(dòng)機的遙控“起/停"。

■可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動(dòng)、失壓重起動(dòng)。

■可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUSDP通訊，支持最多2路通訊接口。

■可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口，與DCS系統相接，可實(shí)現對現場(chǎng)設備的監控。

■具有故障記錄、起動(dòng)記錄、停車(chē)記錄、DI變位記錄和再起動(dòng)記錄等各類(lèi)事件記錄。

■顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

4.2、產(chǎn)品選型

五、結束語(yǔ)

對于低壓過(guò)流保護而言，不應該只是簡(jiǎn)單的根據母線(xiàn)電機啟動(dòng)電流完成整定匹配，在考慮母線(xiàn)全部電機成組自啟動(dòng)電流以及其他所有負荷電流后，還需要檢驗其與熔斷器特性之間的配合情況。對于變壓器低壓側中性點(diǎn)零序過(guò)流保護而言，需要考慮其余熱繼電器或者熔斷器特征的整定配合問(wèn)題。

參考文獻：

[1]王庭文.發(fā)電廠(chǎng)低壓廠(chǎng)用電保護整定配合分析

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.

[3]GB14048.4-2020低壓開(kāi)關(guān)設備和控制設備第4-1部分：接觸器和電動(dòng)機起動(dòng)器機電式接觸器和電動(dòng)機起動(dòng)器(含電動(dòng)機保護器).