隨著社會經濟的不斷髮展和科學技術的不斷進步,我國的化工企業的規模越來越大,這使得用電的需求越來越大,同時也對用電安全提出了更大的挑戰。化工電氣的繼電保護是一個複雜的系統性工程,其正常的執行受到多種因素的影響,因而在實際的執行過程中存在著很多的問題[1]。為了使化工企業的用電安全得到有效的保證,我們必須要加強科學技術的研究和創新,明確繼電保護的基本含義及主要任務,提出合理的化工電氣繼電保護方案,只有這樣才能有效保證化工企業供電系統的安全。
1山西天脊煤化工集團及電力系統簡介
山西天脊煤化工集團股份有限公司(以下簡稱天脊集團)是20世紀80年代初建設的我國第一個以煤為原料生產高效複合肥的大型企業,經過30年的發展,公司的產能及產品種類已發生了很大的變化,現在合成氨產量已達年產45萬噸,硝酸年產108萬噸,硝銨年產40萬噸,苯胺年產26萬噸,目前已形成以硝酸磷肥為主,集有機化工、煤炭深加工、精細化工等為一體,多產品、跨地域的大型煤化工集團。天脊集團電力系統通過閆化線(14.83km)和潞化線(12.572km)兩條110kV架空線路與山西長治電網相連線。總降壓站設定3臺主變壓器,分別為1#主變40MVA、2#主變37.5MVA、3#主變37.5MVA,兩臺6KV熱電聯產發電機組(餘熱發電)分別為1#發電機16MW,2#發電機30MW。
2繼電保護的基本含義及主要任務
2.1基本含義
繼電保護是指當電力供應系統的某些裝置和元件發生了故障時,自動將發生故障的裝置從電力系統中切除,同時發出警報訊號,將相關的故障控制在最小範圍內,避免其他裝置受到不良的影響[2]。因此,繼電保護系統是電力供應系統的重要組成部分,它對於整個電力供應系統的安全與穩定發揮著不可或缺的重要作用,隨著電力系統的日趨擴大和複雜,對繼電保護系統的要求越來越高。
2.2主要任務
繼電保護的主要任務大致可以歸結為以下幾點。首先,繼電保護系統可以將發生故障的裝置在最短的時間內從電力系統中切除,使其他的電力裝置免受損害,從而保證沒發生故障的電力系統能夠正常運轉。其次,繼電保護裝置還可以在電力系統發生故障時及時發出報警訊號,以便迅速處理故障,儘快恢復供電。
3化工企業電氣繼電保護的裝設原則-以天脊集團電力系統為例
天脊集團110kV系統及6kV系統正常執行方式為:總降110kV母線為單母分段並列執行,潞化線供電,閆化線熱備;2#主變壓器與1#發電機並列執行;3#主變壓器與2#發電機並列執行;1#主變壓器獨立執行。6kV系統:01#變電所、02#變電所、22#變電所6kV母線為單母分段並列執行。01#變電所與02#變電所聯絡線熱備(即621開關在執行狀態,611開關熱備狀態)。04#變電所的執行方式為:1#主變通過601－6012開關帶04#變II段負荷,01#變－04#變聯絡線帶04#變I段負荷,6011開關在熱備狀態。其具體的電力系統主接線如圖1所示。具體來說,天脊集團電力系統的110kV閆化線和潞化線線路採用西門子原裝進口7SA610距離保護,110kV水I線和水II線採用西門子原裝進口7SJ62距離保護,主變差動保護採用西門子原裝進口7UT61,主變後備保護採用南京南瑞NSP772,主變非電量保護採用南京南瑞NSP10,6kV發電機差動保護採用西門子原裝進口7UM62,6kV高壓電動機保護採用南京南瑞NSP783,6kV變壓器保護採用南京南瑞NSP784,6kV線路保護採用南京南瑞NSP788。
3.16kV/400V配電變壓器保護裝設原則
依照DL400-91《中華人民共和國行業標準繼電保護和安全自動裝置技術規程》的'有關規定,首先,6kV/400V變壓器容量在400kVA以上時,需要裝設瓦斯保護;容量在400kVA以下時,不需裝設瓦斯保護。其次,變壓器容量在2000kVA以下時,裝設電流速斷保護;當速斷保護靈敏度不夠時,需要驗證保護在主要執行方式下的靈敏度,如果仍然不滿足要求,可考慮不設該段保護。第三,變壓器應裝設過電流保護,當過電流保護靈敏度不夠時,改裝低電壓啟動的過電流保護。第四,由於6kV側系統中性點採用小電阻接地方式,故變壓器應裝設兩段式零序過電流保護。最後,變壓器容量在400kVA以上時,應裝設過負荷保護。
3.26kV側電動機保護裝設原則
依照DL400-91《中華人民共和國行業標準繼電保護和安全自動裝置技術規程》的有關規定,首先,6kV電動機(包括同步電機和非同步電機)應裝設相間短路保護。容量在2000kW以下時,裝設瞬時電流速斷保護;容量在2000kW以上時,裝設縱聯差動保護。其次,6kV非同步電動機裝設過負荷保護;6kV同步電動機裝設反應定子過負荷的失步保護。第三,同變壓器保護一樣,6kV電動機裝設兩段式零序過電流保護作為系統的接地保護。最後,根據執行經驗,同步電動機需要裝設低電壓保護。
3.36kV側線路保護裝設原則
依照DL400-91《中華人民共和國行業標準繼電保護和安全自動裝置技術規程》的有關規定,首先,6kV側線路為防止相間短路故障,裝設延時電流速斷保護。其次,6kV側線路後備保護應裝設過電流保護;當靈敏度不夠時,改裝低電壓起動的過電流保護。最後,同變壓器保護一樣,6kV側線路裝設兩段式零序過流保護作為系統的單相接地保護。
3.46kV側母線及母聯保護裝設原則
依照DL400-91《中華人民共和國行業標準繼電保護和安全自動裝置技術規程》的有關規定,首先,6kV側母線(01＃、02＃和04＃變電所母線除外)的保護可利用上級線路的保護來實現。其次,母聯斷路器的保護應與母線及母線上的元件保護綜合考慮。一般來說,如果母線裝設了母線保護(包括用電源迴路的保護實現的母線保護或專用母線保護方式),則無需另外裝設母聯斷路器保護,可利用供電線路保護的第一段時限動作於母聯斷路器跳閘。第三,對於01＃、02＃和04＃變電所母線,應裝設延時電流速斷保護和過電流保護,當過流保護靈敏度不夠時,改裝低電壓起動的過電流保護;另外,為反應1＃～4＃主變壓器低壓側電纜的單相接地故障,應裝設兩段式零序過流保護。最後,由於01＃、02＃變電所母線為雙側電源供電,為防止110kV側母線短路時主變低壓側母線開關誤動作,其延時速斷保護需裝設功率方向元件,方向為上級線路指向變電所母線。
4典型線路分支系統保護方案分析
6kV側電網中,01＃變、02＃變、04＃變I母、04＃變II母為四個相對獨立的系統。其中01＃變和02＃變為雙電源供電(發電機和主變壓器),線路級數最多為兩級;04＃變I母、04＃變II母為單電源供電(主變壓器),線路級數最多為三級。基於以上所述以及天脊集團所提供的資料中有關1＃～4＃主變壓器高低壓側後備保護的定值,可擬定出如下三套線路保護方案。
4.1方案
對於04＃變I母、04＃變II母兩個系統,主變壓器低壓側I段保護的動作時限為0.8s,為實現下級線路與之相配合,若為三級線路,則第一級線路及其末端的母線開關I段保護動作時限定為0.5s,第二級線路及其末端的母線開關I段保護動作時限定為0.2s,第三級線路(編織袋廠母線饋出線)I段保護動作時限定為0s;若為兩級線路,第一級線路I段保護動作時限定為0.5s,其末端的母線開關I段保護動作時限定為0.2s,同時一次動作值上也要與上級線路形成配合,第二級線路(母線饋出線)I段保護動作時限定為0s。對於01＃、02＃兩個系統,主變壓器低壓側I段保護的動作時限為1.0s,母聯開關I段保護的動作時限為0.5s,故第一級線路及其末端的母線開關I段保護動作時限定為0.2s,第二級線路(母線饋出線)I段保護動作時限定為0s。此方案由於對線路和母線均實施了保護,提高了電網執行的安全性和可靠性。但由於系統線路級數多,為形成時限上的配合,整定中很難保證保護之間的時限級差,故方案中三級線路的首末端開關動作時限相同,最末級線路與次末級之間的時限級差僅為0.2s(0.2s在規定上不能成為一個獨立級差),這無疑會增加保護誤動的可能性,擴大停電範圍。
4.2方案
考慮到三級線路中的編織袋廠I、II段母線所帶裝置不多,為了能使三級線路中的第一級線路首末端開關保護形成配合,故犧牲編織袋廠裝置故障時上級線路保護的選擇性,即第二級線路I段保護動作時限定為0s,線路末端的母線開關可不設保護;第一級線路I段保護動作時限定為0.5s,其末端的母線開關I段保護動作時限定為0.2s,同時一次動作值上也要與上級線路形成配合。其餘的線路保護同方案I。顯然,此方案實現了三級線路的首末端開關之間的保護配合,但這是以犧牲末級線路的選擇性為代價的,這勢必會造成保護誤動,從而擴大停電範圍。
4.3方案
由於6kV側系統從01＃、02＃和04＃母線以下均為單電源輻射狀電網,規定中可以無需裝設母線保護。因此,對於04＃變I母、04＃變II母兩個系統,若為三級線路,則第一級線路I段保護動作時限定為0.5s,第二級線路I段保護動作時限定為0.2s,第三級線路(編織袋廠母線饋出線)I段保護動作時限定為0s;若為兩級線路,第一級線路I段保護動作時限定為0.5s,第二級線路(母線饋出線)I段保護動作時限定為0s。對於01＃、02＃兩個系統,第一級線路I段保護動作時限定為0.2s,第二級線路(母線饋出線)I段保護動作時限定為0s。相比較而言,由於未裝設母線保護,此方案是最簡單且經濟的,但其問題就是降低了電網執行的安全性,若執行中母線發生故障,會破壞系統穩定,擴大事故範圍。
5結語
綜上所述,隨著社會經濟的不斷髮展和科學技術的不斷進步,我國的化工企業的規模越來越大,這使得用電的需求越來越大,同時也對用電安全提出了更大的挑戰。繼電保護系統是電力供應系統的重要組成部分,它對於整個電力供應系統的安全與穩定發揮著不可或缺的重要作用。因此我們要明確繼電保護的基本含義及主要任務,掌握繼電保護的裝設原則,分析和研究典型系統保護方案,努力提高繼電保護的水平,保證化工企業電力供應系統的安全與穩定。