淺談發(fā)電廠低壓電動機保護器在廠用電系統(tǒng)的應(yīng)用

安躍強

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司江蘇江陰

摘 要：發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)使用的通常為380V系統(tǒng)供電，隨著社會發(fā)展發(fā)電機組容量持續(xù)增加，使得原有的單一工作段配電方式逐漸轉(zhuǎn)換成為電動機動力中心（MCC）以及低壓動力中心（PC）的方式，這給用電保護整定帶來了困難，本文針對現(xiàn)有供電方式下的發(fā)電廠低壓廠用電保護整定配合進行了分析，重點針對經(jīng)常出現(xiàn)的整定配合原則進行研究。

關(guān)鍵詞發(fā)電廠；低壓廠用電；保護；整定配合安科瑞安躍強

一、引言

在進行繼電保護整定計算時，對于被保護設(shè)備的故障電流和故障電壓的計算是最基礎(chǔ)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(xù)的整定過程就比較簡單。就當前情況而言，系統(tǒng)保護和發(fā)電組保護都有對應(yīng)的導(dǎo)則和規(guī)程指導(dǎo)操作。但是在實際運行過程中，發(fā)電廠低壓廠用電的繼電保護配置存在很多種形式，沒有統(tǒng)一的規(guī)范標準。對于低壓廠用電而言，有MCC電動機控制中心以及PC電動機動力中心，與PC母線相關(guān)的開關(guān)有很多，如進線開關(guān)、備用進線開關(guān)等，都是非常重要的電氣設(shè)施。已有的技術(shù)規(guī)范中已經(jīng)明確規(guī)定，低壓廠變壓器必須要配置速斷保護、接地保護以及定時限過電流保護等。對于母線支路中的大容量電機及其配電線路通常都安裝帶脫扣器的開關(guān)，而其他位置的開關(guān)通常都設(shè)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(shè)計中沒有配置零序過流保護，部分設(shè)計中則會配置零序過流保護。由于缺乏統(tǒng)一的標準規(guī)范，給低壓系統(tǒng)繼電保護的整定計算造成了極大的不便。

二、發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)分析

在發(fā)電廠中，對于大容量機組的廠用低壓變壓器而言，通常都是根據(jù)“暗備用”的模式進行配置，也就是同時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，通過開關(guān)切換啟動備用變壓器。

通常而言，低壓電機都是通過熱繼電器或者熔斷器進行短路保護，包括接地短路和相間短路，MCC進線開關(guān)通常器出現(xiàn)故障問題或者需要停機檢都是通過開關(guān)脫扣器實施保護，PC進線開關(guān)通過繼電器或者開關(guān)脫扣器實施保護，分段聯(lián)絡(luò)開關(guān)同樣如此。

對于變壓器而言，在高壓側(cè)通常都會配備有速斷保護、接地保護、過流保護，在變壓器低壓側(cè)通常會配備有中性點零序過流保護，開關(guān)脫扣器通常會配備有接地保護、速斷保護、延時過流保護。

三、發(fā)電廠低壓廠用電保護整定配合分析

3.1根據(jù)低壓母線電機啟動電流的原則進行整定匹配

行業(yè)技術(shù)規(guī)范標準中已經(jīng)給出明確的規(guī)定，低壓廠中使用的變壓器必須要配備電流保護，確保在發(fā)生短路問題時能夠?qū)⒆儔浩鲀蓚?cè)的開關(guān)斷開，以達到保護變壓器和相關(guān)電氣元件的目的。如果變壓器同時給兩個及以上分段進行供電，那么每個分段上都應(yīng)該配備電流保護。

由于低壓母線通常都不會配備低電壓保護，因此當出現(xiàn)母線故障時連接在母線上的電源開關(guān)都不會發(fā)生動作，此時當恢復(fù)電壓后電機就會自動啟動?；诖耍谠O(shè)計母線進線過流保護時，不可以只是簡單的考慮電機啟動電流，同時考慮容量最大電機的啟動電流和正常運轉(zhuǎn)負荷電流也不符合實際情況，正確的做法應(yīng)該是將所有電機啟動電流進行綜合考慮。

對于變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)，在設(shè)計過流保護時考慮的因素類似，因此本文只針對低壓側(cè)的情況進行分析。通常情況下，在設(shè)計低壓側(cè)過流保護時考慮的原則就是避開低壓母線電機啟動電流，雖然該方法得到了很多的使用，然而實際上這種方法是存在一定缺陷的，因為在使用該種方法時不能與對應(yīng)的熱繼電器或容電器保護特性進行很好的匹配，帶來的問題就是電機部分出現(xiàn)短路故障使得變壓器出現(xiàn)過流保護而引發(fā)越級跳閘現(xiàn)象。工作進線可能出現(xiàn)變壓器高壓母線電源慢速切換的問題，所以在設(shè)計過流保護時需要將母線電機成組自啟動現(xiàn)象考慮在內(nèi)。為了滿足實際需要，正確的做法應(yīng)該是考慮母線全部電機成組自啟動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(xiàn)出反時限特征。當熔斷器中流過的電流值超過額定電流值1.2倍后，熔斷器能夠在0.1s的時間內(nèi)熔斷。

如果電機和熔斷器的額定電流值相差較大，或者電機的電纜長度較長時，發(fā)生在電纜末端的短路電流可能還無法達到熔斷器的閾值而進入反時限特性，但是對于根據(jù)定時限進行整定的母線而言，已經(jīng)超過了定時限過流，此時，進線過流保護就會出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象。低壓PC端如果母線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的電機，需要檢驗電纜末端出現(xiàn)短路故障時，母線進線過流保護與熔斷器特性之間的配合問題。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關(guān)等。經(jīng)驗表明，當電機額定電流不超過100A，電纜長度大于150m時就需要開展上述的配合檢驗工作。當電機額定電流超過100A，則應(yīng)該使用脫扣器開關(guān)進行保護。

不同保護之間延時配合的情況如下：末級負荷按照瞬時考慮，MCC進線、PC聯(lián)絡(luò)開關(guān)、PC進線開關(guān)、變壓器高壓側(cè)的短延時電流分別按照0.2s、0.3s、0.4s和0.7s進行考慮。

3.2變壓器低壓側(cè)中性點零序過流保護整定配合分析

通常情況下對于低壓變壓器都是設(shè)計成Dyn接線，將低壓側(cè)中性點進行接地，目的在于提升發(fā)生接地短路時的短路電流。所以，通常對低壓系統(tǒng)相間短路保護整定作為主保護，而將支線路開關(guān)脫扣器接地保護整定作為備用保護。在變壓器低壓側(cè)中性點配備的零序過電流保護劃分成為兩段，分別為零序過流反時限以及零序過流定時限。若根據(jù)定時限進行配合整定，由于低壓電機通常通過熱繼電器或者熔斷器進行保護，如果電機電纜長度較長時短路故障電流值可能無法達到熔斷器的閾值，兩者之間出現(xiàn)不匹配的問題。若根據(jù)反時限進行配合整定，如果電機電纜長度較長，在電纜末端出現(xiàn)短路故障電流時為了讓其與熔斷器特征進行匹配，需要把變壓器中性點零序過流保護設(shè)置成為反時限特性。但是此時無法達到快速切斷的要求，實踐經(jīng)驗表明，支路電纜的長度如果大于100m，就無法滿足快速切斷的要求?；诖?，在設(shè)計過程中應(yīng)該盡可能縮短電纜的長度。

根據(jù)定時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(dǎo)體橫截面積，或者控制電纜長度。

3.3開關(guān)脫扣器與熱繼電器、熔斷器特性配合分析

通常而言開關(guān)脫扣器具有長延時動作特征，該特征與熔斷器相同，因此其在匹配時需要從動作門檻方面著手。如果熱繼電器或熔斷器設(shè)置在末級支路中，進線開關(guān)脫扣器只能整定出短延時接地段和過流段，只有在電纜長度足夠長時才能夠整定出瞬時段。對于瞬時段和短延時段，其整定原則類似變壓器過流保護。接地段與熱繼電器或熔斷器通常情況下是匹配的，如果不匹配則可以優(yōu)化零序阻抗的方法進行匹配，而不應(yīng)該通過增加延時的措施進行匹配。

四、ARD系列電動機保護器產(chǎn)品選型介紹

ARD智能電動機保護器適用于額定電壓至660V的低壓電動機回路，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機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu)，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應(yīng)各種柜體的安裝。可選配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。

4.1、功能特點

■支持基波和全波電力參數(shù)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。

■保護功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運行時間報警、故障次數(shù)報警。

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

■5路可編程DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，等多種起動方式，可通過通訊總線實現(xiàn)主站對電動機的遙控“起/?！?。

■可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動、失壓重起動。

■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(tǒng)相接，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。

■具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄。

■顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

4.2、產(chǎn)品選型

五、結(jié)束語

對于低壓過流保護而言，不應(yīng)該只是簡單的根據(jù)母線電機啟動電流完成整定匹配，在考慮母線全部電機成組自啟動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(cè)中性點零序過流保護而言，需要考慮其余熱繼電器或者熔斷器特征的整定配合問題。

參考文獻：

[1]王庭文.發(fā)電廠低壓廠用電保護整定配合分析

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

[3]GB14048.4-2020低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4-1部分：接觸器和電動機起動器機電式接觸器和電動機起動器(含電動機保護器).

作者介紹：

安躍強，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為為智能電網(wǎng)供配電。