CN104882863A - 一种发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及继电保护技术领域，公开了一种发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，所述继电保护配置成套装置包括：高压厂用变压器继电保护装置，设置于发电厂厂用电系统的高压厂用变压器高压侧和/或低压侧；以及低压厂用变压器继电保护装置，设置于发电厂厂用电系统的低压厂用变压器高压侧或低压侧；所述高压厂用变压器继电保护装置包括：高压分支限时速断保护装置，设置于高压厂用变压器低压侧的分支上，用于作为高压厂用变压器低压侧对应段母线的主保护，在流过所述高压分支限时速断保护装置的电流值≥动作电流的情况下，切除所述高压厂用变压器低压侧母线上的故障。本发明继电保护配置成套装置可快速切除发电厂厂用电系统中对应位置处的故障。

Description

一种发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置

技术领域

本发明涉及继电保护技术领域，具体地，涉及一种发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置。

背景技术

在继电保护各种相关规程规范(如GB/T14285、DL/T5153等)中都规定了发电厂厂用电设备继电保护配置的基本原则，长期以来，厂用电系统继电保护都是在坚持这些基本原则的基础上进行保护配置设计和整定计算。以某600MW机组为例，其厂用电继电保护典型配置的设计方案如表1和图1所示(其中，箭头表示保护范围)：

表1 600MW机组厂用电系统继电保护典型配置

然而，长期以来，发电厂厂用电系统的继电保护装置一直存在着很多缺陷，例如：

(1)后备保护动作时间过长：通常在厂用电系统中，厂用电过流保护的动作之间是按与相邻元件的后备保护动作时间相配合整定，按此原则推导(时间配合级差△T取0.5s)，各级动作时间分别为：a)T1＝0.5+△T＝1s(低压侧过流保护动作时间通常按与速熔保险配合)；b)T2＝T1+△T＝1.5s；c)T3＝T2+△T＝2s；d)T4＝T3+△T＝2.5s。

高压过流保护装置Gg的动作时间竟然达到了2.5s，这对于严重故障来说也就失去了保护意义，会造成设备严重损坏和事态扩大，不能满足继电保护“快速性、可靠性”要求。

(2)厂用6KV母线没有主保护：根据规程，发电厂6KV厂用母线不设专用母线保护，由高压厂用变压器后备保护实现对6KV母线的保护。因此6KV母线故障时只能靠高压分支过流保护装置Gfg和高压过流装置Gg保护切除。由于这两种保护动作时间较长(分别为2s和2.5s)，无法快速切除母线故障，很容易造成事故扩大和设备损坏。

(3)高压分支过电流保护的电流定值和时间定值有效范围不一致：高压分支过电流保护电流定值的灵敏度校验是按最小运行方式下6KV母线两相短路电流校验，说明过流保护的有效范围是6KV母线，而动作时间定值是“按与相邻保护的后备保护动作时间配合”整定，说明保护的有效范围延伸到了与其相邻的低压厂用变压器低压侧400V母线，从整定范围来说，动作电流和动作时间这两个定值的有效范围是不一致的。

(4)低压厂用变压器主保护有死区：低压厂用变压器主保护一般为电流速断保护，其整定原则是按躲过低压侧短路时的最大短路电流，即保护范围是低压厂用变压器本体的大部分，这样的整定原则使得低压厂用变压器在低压侧本体的一小部分、以及低压侧出口至400V母线进线开关之前的联络导线成为主保护死区，当该段发生故障时，只能靠低压过流保护装置Dg切除故障，该时间通常也比较长(1.5s)，容易造成事故扩大和设备损坏。

上述缺陷导致当厂用电系统发生严重故障时，相应的继电保护装置不能快速切除故障，致使电气设备严重烧损，造成巨大损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，该继电保护配置成套装置可快速切除发电厂厂用电系统中对应位置处的故障。

为了实现上述目的，本发明提供一种发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，所述继电保护配置成套装置包括：高压厂用变压器继电保护装置，设置于发电厂厂用电系统的高压厂用变压器高压侧和/或低压侧；以及低压厂用变压器继电保护装置，设置于发电厂厂用电系统的低压厂用变压器高压侧或低压侧；所述高压厂用变压器继电保护装置包括：高压分支限时速断保护装置，设置于高压厂用变压器低压侧分支上，用于作为高压厂用变压器低压侧对应段母线的主保护，在流过所述高压分支限时速断保护装置的电流值≥所述高压分支限时速断保护装置的动作电流的情况下，切除所述高压厂用变压器低压侧对应段母线上的故障。

本发明发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置通过高压分支限时速断保护装置的设置，作为高压厂用变压器低压侧母线上对应设备的主保护和相邻设备的后备保护，明确了有效的保护范围，可快速切除发电厂厂用电系统中对应位置处的故障，确保装置的可靠性、快速性和灵敏性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置的结构示意图；

图2是本发明发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置包括：高压厂用变压器继电保护装置，设置于发电厂厂用电系统的高压厂用变压器高压侧和/或低压侧；以及低压厂用变压器继电保护装置，设置于发电厂厂用电系统的低压厂用变压器高压侧或低压侧。

一、高压分支限时速断保护装置Gfxs的动作电流

如图2所示(其中，箭头表示保护范围)，所述高压厂用变压器继电保护装置包括：高压分支限时速断保护装置(以下简称Gfxs)，设置于高压厂用变压器低压侧的分支上，用于作为高压厂用变压器低压侧母线上对应母线的主保护，在流过所述高压分支限时速断保护装置的电流值≥所述高压分支限时速断保护装置的动作电流的情况下，切除所述高压厂用变压器低压侧对应段母线上的故障。

其中，Gfxs的动作电流为按躲过对应段母线所接电动机的最大起动电流之和进行整定、按与对应段母线最大电动机速断保护配合进行整定以及按与接于对应段母线的低压厂用变压器速度保护配合进行整定，然后取上述三项整定电流中的最大值。

(1)按躲过对应段母线所接电动机的最大起动电流之和进行整定包括：

根据以下公式确定不同电源切换方式下的不同机组型式的整定电流I₁₁：

I₁₁＝K_k×K₁×I_1e及其中，K_k为可靠系数，可取1.2，I_1e为高压厂用变压器低压侧绕组的额定电流，K₁为对应段母线需要自起动的全部电动机在自起动时所引起的过电流倍数，U_高d％为高压厂用变压器短路电抗百分值，(对于分裂绕组的变压器，U_高d％取半穿越电抗值)，W_1e为高压厂用变压器低压侧绕组的额定容量，W_1d∑为对应段母线需要自起动的全部电动机的总容量(如表2所示为各电动机的的容量)，K_qd为电动机起动电流倍数，与机组型式和备用电源切换方式有关，例如：①电源慢速切换时，可认为全部电动机的转速已降至小于临界转速，故自起动时的电流倍数取接近于平均起动电流倍数值为K_qd＝5.0；②电源快速切换，由于断电时间短，电机惰走而降低的转速不大，相应自起动时电流倍数增加并不显著，目前国内尚无运行数据，参考国外计算方法，取K_qd＝2.5。

表2高压厂用变压器低压侧母线上自起动的电动机的容量

在目前投入运行的发电机组中，大部分机组燃用烟煤(称为“常规机组”)，由于煤种具有高热值和低水分的特点，使其厂用负荷较小，相应的自起动容量小；而燃用劣质煤的机组(如燃褐煤机组)，因煤种具有低热值和高水分的特性，使得厂用负荷较大。将实际运行两种类型机组(均按湿冷方式)参加自起动的主要设备容量分别统计，如表2所示。从表2可以看出，机组型式不同，自起动容量也不同。

在获取了不同电源切换方式下的不同机组型式的整定电流I₁₁后，需要进一步通过灵敏度校验。所述灵敏度为按最小运行方式下，高厂用变低压侧母线两相短路校验灵敏度。

根据灵敏度且K_m11≥设定值(所述设定值一般取值为1.5)，其中，I_高d为高压厂用变压器低压侧最小两相短路电流。

按躲过对应段母线所接电动机的最大起动电流之和进行整定计算的结果如表3所示：

表3按躲过对应段母线最大起动电流的动作值及灵敏度计算表

以上定值均满足灵敏度要求，在此前提下,各种机型和各种切换方式下的定值均可按最大值确定I₁₁，即I₁₁取对应慢切方式的动作值：

常规机组I₁₁＝6159，K_m11＝3.39；褐煤机组I₁₁＝7786，K_m11＝2.68。

(2)按与对应段母线最大电动机速断保护配合进行整定包括：

根据公式I₁₂＝K_k(I′₁₂₀+ΣI₁₂₀)确定整定电流I₁₂，其中，I′₁₂₀为对应段母线上的最大电动机速断保护的动作定值，ΣI₁₂₀为对应段母线除最大电动机以外的总负荷电流。

根据规程，2MW及以下电动机装设电流速断保护装置，电动机按最大容量计算，结果如表4所示。

表4按与对应段母线最大电动机速断保护配合进行整定的计算表

(3)按与接于对应段母线的低压厂用变压器速断保护配合进行整定包括：

根据公式I₁₃＝K_k(I′₁₃₀+ΣI₁₃₀)确定整定电流I₁₃，其中，I′₁₃₀为低压厂用变压器速断保护的动作值，ΣI₁₃₀为对应段母线除低压厂用变压器以外的总负荷电流。

按最大容量变压器(例如2500KVA)计算，结果如表5所示。

表5按与对应段母线低压厂用变压器速断保护配合的定值与灵敏度计算表

其中，所述高压厂用变压器低压侧最小两相短路电流I_高d的计算方法为：选取测量点的基准功率S_j和基准电压U_j，则其中，X_s*为系统最小运行方式时的联系电抗标幺值，一般取值为0.01；X_t*为主变短路阻抗标幺值，X_g*为高压厂用变压器短路阻抗的标幺值。

例如

选取上述三个整定方法分别确定的Gfxs的动作电流中的最大值，即(1)中按躲过对应段母线所接电动机的最大起动电流之和进行整定。

此外，所述高压分支限时速断保护装置的动作时间为0.2-0.5s。优选地，所述动作时间为0.3s。

本发明发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置通过在高压厂用变压器低压侧的分支上(一般有两支分支母线)安装Gfxs，既作为厂用6KV母线上对应设备的主保护，同时又作为其他相邻设备发生严重故障时的后备保护，其作用是靠高定值、短延时切除所述高压厂用变压器低压侧母线上的故障。动作时间按与6KV母线上其他各速断保护相配合，考虑到各种保护装置动作时间和开关分闸时间的离散性，取0.3s。由于有效保护范围已明确为6KV母线，其动作时间不再与相邻的低压厂用变压器过流保护时间配合，这样大大缩短了保护动作时间。

二、高压过流保护装置

如图2所示，所述高压厂用变压器继电保护装置还包括：高压侧过流保护装置(以下简称Gg)，设置于高压厂用变压器高压侧，用于作为高压厂用变压器及其相邻设备的后备保护，在流过所述高压厂用变压器过流保护装置的电流值≥所述高压厂用变压器过流保护装置的动作电流的情况下，切除在高压厂用变压器及其相邻设备上的故障。

其中，Gg的动作电流为按躲过高压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和进行整定、按躲过高压厂用变压器低压侧一个分支负荷自起动电流和其余分支正常负荷总电流进行整定以及按与高压厂用变压器低压侧分支限时速断保护配合进行整定，然后取上述三项整定电流中的最大值。

(1)按躲过高压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和进行整定包括：

根据以下公式确定不同电源切换方式下的不同机组机型的整定电流I₂₁：

I₂₁＝K_k×K₂×I_2e及其中，K_k为可靠系数，可取1.2，I_2e为高压厂用变压器高压侧绕组的额定电流，K₂为对应段母线需要自起动的全部电动机在自起动时所引起的过电流倍数，U_高d％为高压厂用变压器短路电抗百分值，W_2e为高压厂用变压器高压侧绕组的额定容量，W_2d∑为对应段母线需要自起动的全部电动机的总容量，K_qd为电动机起动电流倍数，与备用电源切换方式和机组型式有关。

根据上述条件计算动作电流I₂₁如下表6所示。

表6按躲过全部负荷自起动的高压厂用变压器过流保护定值

进一步，根据公式灵敏度且K_m21≥设定值，判断动作电流I₂₁是否符合条件，如果是则保留对应的整定电流I₂₁，否则根据公式确定修正后的整定电流I′₂₁。则修正后的结果如表7所示：

表7限制总起动容量后的保护定值计算

(2)按躲过高压厂用变压器低压侧一个分支负荷自起动电流和其余分支正常负荷总电流进行整定包括：

根据公式I₂₂＝K_k×(I′₂₂₀+ΣI₂₂₀)以及I′₂₂₀＝K₂×I_2e确定整定电流I₂₂，其中，I′₂₂₀为一个分支自起动电流值，ΣI₂₂₀为其余分支正常的重负荷电流(分支正常总负荷见表8)。

表8按躲过一个分支负荷自起动的高压厂用变压器过流保护定值进行整定的计算结果

机组型式	电源切换方式	Kk	I′220	ΣI220	I22	Km22
							常规机组	快切	1.2	3104	1964	6082	3.43
常规机组	慢切	1.2	5133	1964	8516	2.45
							褐煤机组	快切	1.2	4154	2887	8450	2.47
褐煤机组	慢切	1.2	6488	2887	11250	1.85

(3)按与高压厂用变压器低压侧分支限时速断保护配合进行整定包括：

根据公式I₂₃＝K_k(I′₁₃₀+ΣI₂₃₀)确定整定电流I₂₃，其中，I′₂₃₀为一个分支限时速断保护的动作值，ΣI₂₃₀为对应段母线除低压厂用变压器以外的总负荷电流。计算结果如表9所示：

表9按与高压厂用变压器低压侧分支限时速断保护配合进行整定的计算结果

机组型式	电源切换方式	Kk	I′230	ΣI230	I23	Km23
							常规机组	快切	1.2	6159	1964	9748	2.14
常规机组	慢切	1.2	6159	1964	9748	2.14
							褐煤机组	快切	1.2	7786	2887	12808	1.63
褐煤机组	慢切	1.2	7786	2887	12808	1.63

如果按最大值选取保护动作电流值(根据表6、8和9)，则动作电流应按(1)取值。然而(1)中动作电流接近甚至大于两相短路电流值，在自起动时会对6KV系统造成很大冲击，因此不宜按躲过起动电流的方式整定，而应该限制自起动容量，减轻起动电流对厂用电系统的冲击。也即不能仅从继电保护配置与整定的角度对待这一问题，只考虑解决保护灵敏度的问题(如采用低压闭锁过流等)，而忽视电气一次系统承受的冲击。关于自起动时对容量的限制可采取按最小灵敏度要求值反推的办法，即限定灵敏度为1.5，计算起动容量允许值，其结果如表7。则可根据表7、8和9确定Gg的动作电流。

此外，实际运行时，可采取各种措施，如“低电压跳闸”等，将不允许参与自起动的电动机从系统中解列出去。

其中，Gg的动作时间＝高压分支限时速断保护装置的动作时间+△T，其中，△T为时间配合级差值。在本发明中，所述Gg的动作时间为0.7-1.0s。优选地，所述Gg的动作时间为0.8s。

三、高压差动保护装置

此外，所述高压厂用变压器继电保护装置还包括：高压差动保护装置(以下简称Gc)，与现有技术相同，在此不再赘述。

四、低压分支过流保护装置

如图2所示，所述低压厂用变压器继电保护装置包括：低压分支过流保护装置(以下简称Dfg)，设置于低厂用变压器低压侧分支上，用于作为低压厂用变压器低压侧母线及其相邻设备的后备保护，在流过所述低压分支过流保护装置的电流值≥所述低压分支过流保护装置的动作电流的情况下，切除所述低压厂用变压器低压侧对应段母线上的故障。

其中，Dfg的动作电流为按躲过对应段母线所接电动机的最大启动电流进行整定以及按与对应段母线最大电动机速断保护配合进行整定，然后取二者的整定电流中的最大值。

(1)按躲过对应段母线所接电动机的最大启动电流进行整定包括：

根据以下公式确定不同电源切换方式下的不同机组型式的整定电流I₃₁：

I₃₁＝K_k×K₃×I_3e及其中，K_k为可靠系数，I_3e为低压厂用变压器高压侧绕组的额定电流，K₃为对应段母线需要自起动的全部电动机在自起动时所引起的过电流倍数，U_低d％为低压厂用变压器短路电抗百分值，W_3e为低压厂用变压器低压侧绕组的额定容量，W_3d∑为对应段母线需要自起动的全部电动机的总容量，K_qd为电动机起动电流倍数，与备用电源切换方式和机组型式有关；以及根据灵敏度且K_m31≥设定值(所述设定值一般为1.5)，I_低d为低压厂用变压器低压侧最小两相短路电流。

其中，系统短路电流I_低d的计算方法：

A、低压厂用变压器的阻抗：低压厂用变压器一般采用2500KVA、2000KVA、1600KVA、1250KVA、800KVA等各种容量等级、低压侧采用铝母线、馈线采用铝芯电缆。低压厂用变压器的计算方法一般采用有名制，按下列公式求得变压器每相阻抗参数：

$R_{3b}=\frac{P_d{U}_e^2}{S_{3e}^2}\×{10}^3,X_{3b}=\frac{10\×U_{3x}{\mathrm{\%U}}_e^2}{S_{3e}}\×{10}^3,U_{3x}\%=\sqrt{{\left(U_{3d}\%\right)}^2-{\left(U_{3b}\%\right)}^2},$ $U_{3b}\%=\frac{P_{3d}}{{10S}_{3e}};$ 以上各式中：S_3e为低压厂用变压器额定容量(KVA)，U_e为低压厂用变压器的额定线电压(当计算高压侧时U_e＝U_1e，其中U_1e为低压厂用变压器一次侧额定线电压(KV)；当计算低压侧时U_e＝U_2e，其中U_2e为低压厂用变压器二次侧额定线电压(KV))，U_3d％为低压厂用变压器短路阻抗百分值，U_3x％为低压厂用变压器电抗电压百分值，U_3b％：低压厂用变压器电阻电压百分值，P_3d为低压厂用变压器额定负载的短路损耗(W)。

以某电厂配置的厂用低压变压器为例，求得各参数如表10所示：

表10低压压厂用变压器电阻与电抗有名值计算表

B、矩形铝母线的电阻R_m：矩形铝母线电抗忽略不计，电阻按下式计算：

其中，S_m为铝母线截面，可取值为200mm×20mm、L_m为铝母线的长度，可取值20m，则R_m＝0.177mΩ。

C、电缆的阻抗参数：按低压厂用变压器系统的最大单台电动机配备2根铝芯(3×120)、塑料绝缘电缆为例，查表得该种电缆阻抗参数：r＝0.157mΩ/m、x＝0.039mΩ/m。

D、高压电气系统(折算到有名值)：基准功率S_j＝100MVA，基准电压U_j＝U_e，基准电流基准标幺值取2×600MW发电厂典型参数：电抗标幺值X′_s*＝0.05、发电机次暂态电抗标幺值X″_d％＝20.383％、主变压器短路阻抗U_d％＝14％、高压厂用变压器半穿越的电抗为19.5％。

不同的低压厂用变压器和不同的电缆长度，形成的系统阻抗也不同，将各种低压厂用变压器跟电缆组合分别计算，如表11所示：

表11低压系统阻抗计算表

E、短路电流I_低d计算：根据公式：及确定I_低d。

得到不同容量低变在不同的电缆长度处发生三相短路时的短路电流，如表12所示：

表12低压系统短路电流计算表

在确定I_低d后，根据且K_m31≥设定值，选择符合条件的最大电流。

根据规程，低压厂用变压器容量选择宜留有10％的裕度，因此，计算时采用近似估算的方法，将低压厂用变压器的容量扣减约10％后，剩余容量平均分配到400V低压厂用变压器的低压侧对应段的母线上，以此作为对应段母线的全部负荷，并作为全部自起动容量，对应的计算结构如表13所示。

表13按躲过对应段母线所接电动机的最大起动电流进行整定计算的结果

在灵敏度满足要求的前提下，动作电流I₃₁均按慢切方式取值，例如：

2500KVA变压器：I₃₁＝8167，K_m31＝2.96；

2000KVA变压器：I₃₁＝6913，K_m31＝3.37；

1600KVA变压器：I₃₁＝5626，K_m31＝4.13；

1250KVA变压器：I₃₁＝4604，K_m31＝5.25；

800KVA变压器：I₃₁＝2932，K_m31＝5.41。

(2)按与对应段母线最大电动机速断保护配合进行整定包括：

根据公式I₃₂＝K_k×K₃₂×I_32e，确定整定电流I₃₂，其中，K₃₂为电动机的起动系数，I_32e为最大电动机的额定电流。

以2500KVA低变为例，所带低压电动机最大容量按200KW、速断定值按躲过电动机自起动电流计算，其中，额定电流为361A，速断保护定值为3284A，I₃₂＝3941A，K_m32＝6.13。

而其它低压厂用变压器所带电动机最大容量都小于200KW，相应的速断保护定值也小于3284A。

综合上述整定原则后，动作电流应按(1)按躲过对应段母线所接电动机的最大启动电流进行整定取值。

五、低压厂用变压器高压侧过流保护装置

所述低压厂用变压器继电保护装置还包括：低压厂用变压器高压侧过流保护装置(以下简称Dg)，设置于低压厂用变压器高压侧，用于作为低压厂用变压器及其相邻设备的后备保护，在流过所述低压厂用变压器高压侧过流保护装置的电流值≥所述低压厂用变压器高压侧过流保护装置的动作电流的情况下，切除在低压厂用变压器及其相邻设备的故障。

其中，Dg的动作电流为按躲过低压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和进行整定、按躲过低压厂用变压器低压侧一个分支负荷自起动电流和其他分支正常负荷总电流进行整定以及按与低压厂用变压器低压侧分支过流保护配合进行整定，然后取上述三项整定电流中的最大值。

(1)按躲过低压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和进行整定包括：

根据以下公式确定不同电源切换方式下的不同机组机型的整定电流I₄₁：

I₄₁＝K_k×K₄×I_4e及其中，K_k为可靠系数，可取值为1.2，I_4e为低压厂用变压器高压侧绕组的额定电流，K₄为对应段母线需要自起动的全部电动机在自起动时所引起的过电流倍数，U_低d％为低压厂用变压器短路电抗百分值，W_4e为低压厂用变压器高压侧绕组的额定容量，W_4d∑为对应段母线需要自起动的全部电动机的总容量，K_qd为电动机起动电流倍数，与备用电源切换方式和低压变压器容量有关。

根据上述条件计算的整定电流I₄₁如下表14所示。

表14按躲过所带负荷中需要自起动的电动机最大启动电流之和进行整定的计算结果

根据公式灵敏度且K_m41≥设定值，判断动作电流I₄₁是否符合条件，如果是则保留对应的动作电流I₄₁，否则根据公式确定修正后的动作电流I′₄₁。

(2)按躲过低压厂用变压器低压侧一个分支负荷自起动电流和其他分支正常负荷总电流进行整定包括：

根据公式I₄₂＝K_k×(I′₄₂₀+ΣI₄₂₀)确定整定电流I₄₂，其中，I′₄₂₀为一个分支自起动电流值，ΣI₄₂₀为其余分支正常的总负荷电流(各总负荷电流如下表15所示)。

表15按躲过一个分支负荷自起动电流和其他分支正常负荷总电流进行整定计算的结果

(3)按与低压厂用变压器低压侧分支过流保护配合进行整定包括：

根据公式I₄₃＝K_k(I′₄₃₀+ΣI₄₃₀)确定整定电流I₄₃，其中，I′₄₃₀为一个分支的过流保护动作值，ΣI₄₃₀为对应段母线上其余正常分支的总负荷电流(各总负荷电流如下表16所示)。

表16按与低压侧分支过流保护配合进行整定的计算结果

按照动作电流取最大值的原则，动作电流应按(1)条取值，即：

2500KVA变压器：I₄₁＝18069，K_m41＝1.34；

2000KVA变压器：I₄₁＝15965，K_m41＝1.46；

1600KVA变压器：I₄₁＝14126，K_m41＝1.65；

1250KVA变压器：I₄₁＝12052，K_m41＝2.00；

800KVA变压器：I₄₁＝7684，K_m41＝2.07。

综合以上计算结果可以看出，随着电源切换方式的不同，高压侧过流保护定值也不同，慢切时定值较大；另外从以上定值可以看出，当采用慢切方式时，2500KVA变压器的高压侧过流保护灵敏度不足，需限制自起动容量(当其Wd∑≤1800KVA时，Klm≥1.5，才能满足要求)。

六、低压厂用变压器高压侧限时速断保护装置

如图2所示，所述低压厂用变压器继电保护装置还包括：低压限时速断保护装置(以下简称Dxs)，设置于低压厂用变压器高压侧的分支上，用于作为低压厂用变压器速断保护在低压侧保护死区的主保护，在流过所述低压厂用变压器高压侧限时速断保护装置的电流值≥所述低压厂用变压器高压侧限时速断保护装置的动作电流的情况下，切除在低压厂用变压器及速断保护在低压侧保护死区内的故障。

其中，Dxs由按与低压厂用变压器高压侧过流保护配合整定确定，其中根据以下公式确定所述低压限时速断保护装置的动作电流：I₅＝K′_k×I₅₀，其中，K′_k为能够调节的可靠系数，I₅₀为低压厂用变压器高压侧过流保护定值；根据灵敏度且K_m5≥设定值，判断动作电流I₅是否符合条件，如果是则保留，否则调整K′_k，使第二设定值≥K_m5≥第一设定值。其中，计算结果如表17所示：

表17低变高压侧限时电流速断保护整定计算

所述Dxs对于容量较大的低变(2500KVA)，慢切时可能出现灵敏度不足问题，使得Dxs与Dg很难配合，失去了Dxs的意义，因此大容量低压厂用变压器应尽量采用快切方式。如果实际运行中必须采用慢切方式，可将Dg缩短时间后按Dxs使用。根据规程，由电流元件组成的后备保护灵敏度不小于1.2，即慢切时如果将Dxs当做后备保护(则表19中灵敏度Klm≥1.2的保护定值满足要求)。在快切方式下，通过调整K′_k，将K_m5控制在约1.5，使Dxs的保护范围不会太大，避免越级动作。

本发明通过Dxs的设置可消除低变低压侧本体的一小部分、以及至400V母线的联络导线共同构成Ds的死区，此处保护相对独立，其电流定值与低压过流保护装置Dg配合，反映的是低压侧较为严重的故障。

所述Dxs既作为低压速断保护死区的主保护，也是400V系统发生严重故障时的后备保护，动作时间应与400V母线所接的快速开关、快速熔断器等的分断时间(该时间一般取0.5s)配合，级差取0.3s，则Td＝0.8s。

七、低压分支速断保护装置

所述低压厂用变压器继电保护装置还包括：低压分支速断保护装置(以下简称Dfs)，设置于低厂用低压侧的分支上，用于作为低厂用低压侧母线上对应设备的主保护，在流过所述低压分支速断保护装置的电流值≥所述低压分支速断保护装置的动作电流的情况下，切除所述低压厂用变压器低压侧对应段母线上的故障。

其中，所述Dfs的动作电流为按最小运行方式下低压厂用变压器低压侧母线上两相短路电流时灵敏度满足设定需求进行整定确定。

按最小运行方式下低压厂用变压器低压侧母线上两相短路电流时灵敏度满足设定需求进行整定的方法包括：根据公式：及第三设定值≥K_m6≥设定值，判断动作电流I₆是否符合条件，如果是则保留动作电流I₆，否则通过调节灵敏度K_m6，使第三设定值≥K_m6≥设定值以确定修正后的动作电流I′₆。从而使得Dfs既能可靠切除低压厂用变压器低压侧对应母线上的故障，又不至于越级动作。

根据表12可确定当到达动作电流时对应的电缆长度数值，从而可确定Dfs的动作电流(如表18所示)。

表18低变低压侧分支速断保护整定表

通过Dfs的设置，按照“最小运行方式下400V母线两相短路时灵敏度满足要求”的整定原则，可以同时满足低压侧分支速断保护的“选择性”要求，即在400V母线及近距离(电缆长度50m内)故障时能够快速有选择的切除；当电动机附近发生故障(电缆长度100m外)时可靠不动作，而靠电动机保护切除；当电缆本身发生故障(尽管几率很小)时，根据故障的严重程度决定是否快速切除。现场布置中，凡从400V母线馈出的动力电缆一般都超过了100米，因此该整定原则及计算结果符合现场实际情况。

八、低压厂用变压器分支过流保护装置和零序过流保护装置

所述低压厂用变压器继电保护装置还包括：低压厂用变压器分支过流保护装置(简称Dfg)和零序过流保护装置(简称Dlg)，与现有技术相同，在此不再赘述。

本发明发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置通过设置多个继电保护装置，形成了一个完整的运行体系(如表19所示)，与传统的厂用电系统继电保护配置相比(如表20所示)，优化后的继电保护配置更加完整，厂用电一次系统的每个部分都配有了主保护和后备保护，各保护装置之间配合紧密，消除了主保护死区；并通过明确的整定原则，明确了各级保护装置的有效保护范围，而且各级保护之间配合合理，满足继电保护可靠性、选择性、快速性和灵敏性要求。

表19本发明发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置

本发明发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置的继电保护动作时间大幅缩短，满足继电保护“快速性”要求，大大提高了电气一次系统的可靠性，缩短动作时间的保护主要效果如表20所示。

表20继电保护动作时间效果比较

通过调整K_k，使灵敏度控制在1.25～1.5，使Dxs的保护范围不会太大，既要保证低变低压侧短路时的灵敏度，又能避免越级动作。同时保证低压厂用变压器低压侧分支速断保护的选择性，使Dfs按400V母线两相短路时灵敏度满足要求的原则整定，确定灵敏度为设定值(例如1.5)，可查短路电流计算表，定值保护范围在电缆长度约50m～60m范围内，可以保证Dfs的选择性，电动机出口短路时不会动作。此外，本发明采用了多种不同厂用电系统参数，都是取自电厂实际参数，各种结论也是通过对不同系统和参数的计算及比较后所得，对不同发电厂的应用有着较好的现实意义。

本发明发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置明确了有效保护范围，大幅缩短了后备保护时间，当系统内发生故障时，能够快速切除故障，使发电厂厂用电系统一次设备少受损失，这将会极大的改善发电厂的安全性和经济性。从继电保护配置、级间配合及整定计算结果可以看出，厂用电继电保护配置合理，定值和时间级差配合完善，能够快速切除故障，消除了死区，满足厂用电系统安全运行要求。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，所述继电保护配置成套装置包括：高压厂用变压器继电保护装置，设置于发电厂厂用电系统的高压厂用变压器高压侧和/或低压侧；以及低压厂用变压器继电保护装置，设置于发电厂厂用电系统的低压厂用变压器高压侧或低压侧；其特征在于，

所述高压厂用变压器继电保护装置包括：

高压分支限时速断保护装置，设置于高压厂用变压器低压侧的分支上，用于作为高压厂用变压器低压侧对应段母线的主保护，在流过所述高压分支限时速断保护装置的电流值≥所述高压分支限时速断保护装置的动作电流的情况下，切除所述高压厂用变压器低压侧对应段母线上的故障。

2.根据权利要求1所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述高压分支限时速断保护装置的动作电流为按躲过对应段母线所接电动机的最大起动电流之和进行整定、按与对应段母线最大电动机速断保护配合进行整定以及按与接于对应段母线的低压厂用变压器速断保护配合进行整定，然后取上述三项整定电流中的最大值；其中，

(1)按躲过对应段母线所接电动机的最大起动电流之和进行整定包括：

根据以下公式确定不同电源切换方式下的不同机组型式的整定电流I₁₁：

I₁₁＝K_k×K₁×I_1e及其中，K_k为可靠系数，I_1e为高压厂用变压器低压侧绕组的额定电流，K₁为对应段母线需要自起动的全部电动机在自起动时所引起的过电流倍数，U_高d％为高压厂用变压器短路电抗百分值，W_1e为高压厂用变压器低压侧绕组的额定容量，W_1d∑为对应段母线需要自起动的全部电动机的总容量，K_qd为电动机起动电流倍数，与机组型式和备用电源切换方式有关；

(2)按与对应段母线最大电动机速断保护配合进行整定包括：

根据公式I₁₂＝K_k(I′₁₂₀+ΣI₁₂₀)确定整定电流I₁₂，其中，I′₁₂₀为对应段母线上的最大电动机速断保护的动作定值，ΣI₁₂₀为对应段母线除最大电动机以外的总负荷电流；

(3)按与接于对应段母线的低压厂用变压器速断保护配合进行整定包括：

根据公式I₁₃＝K_k(I′₁₃₀+ΣI₁₃₀)确定整定电流I₁₃，其中，I′₁₃₀为低压厂用变压器速断保护的动作值，ΣI₁₃₀为对应段母线除低压厂用变压器以外的总负荷电流。

3.根据权利要求1所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述高压分支限时速断保护装置的动作时间为0.2-0.5s。

4.根据权利要求1所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述高压厂用变压器继电保护装置还包括：

高压侧过流保护装置，设置于高压厂用变压器高压侧，用于作为高压厂用变压器及其相邻设备的后备保护，在流过所述高压侧过流保护装置的电流值≥所述高压侧过流保护装置的动作电流的情况下，切除在高压厂用变压器及其相邻设备上的故障；其中，

所述高压厂用变压器过流保护装置的动作电流为按躲过高压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和进行整定、按躲过高压厂用变压器低压侧一个分支负荷自起动电流和其余分支正常负荷总电流进行整定以及按与高压厂用变压器低压侧分支限时速断保护配合进行整定，然后取上述三项整定电流中的最大值；其中，

(1)按躲过高压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和进行整定包括：

根据以下公式确定不同电源切换方式下的不同机组机型的整定电流I₂₁：

I₂₁＝K_k×K₂×I_2e及其中，K_k为可靠系数，I_2e为高压厂用变压器高压侧绕组的额定电流，K₂为对应段母线需要自起动的全部电动机在自起动时所引起的过电流倍数，U_高d％为高压厂用变压器短路电抗百分值，W_2e为高压厂用变压器高压侧绕组的额定容量，W_2d∑为对应段母线需要自起动的全部电动机的总容量，K_qd为电动机起动电流倍数，与备用电源切换方式和机组型式有关；

根据公式灵敏度且K_m21≥设定值，判断整定电流I₂₁是否符合条件，如果是则保留对应的整定电流I₂₁，否则根据公式确定修正后的整定电流I′₂₁；

(2)按躲过高压厂用变压器低压侧一个分支负荷自起动电流和其余分支正常负荷总电流进行整定包括：

根据公式I₂₂＝K_k×(I′₂₂₀+ΣI₂₂₀)以及I′₂₂₀＝K₂×I_2e确定整定电流I₂₂，其中，I′₂₂₀为一个分支自起动电流值，ΣI₂₂₀为其余分支正常的重负荷电流；

(3)按与高压厂用变压器低压侧分支限时速断保护配合进行整定包括：

根据公式I₂₃＝K_k(I′₂₃₀+ΣI₂₃₀)确定整定电流I₂₃，其中，I′₂₃₀为一个分支限时速断保护的动作值，ΣI₂₃₀为对应段母线除低压厂用变压器以外的总负荷电流。

5.根据权利要求4所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述高压侧过流保护装置的动作时间为0.7-1.0s。

6.根据权利要求1所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述低压厂用变压器继电保护装置包括：

低压分支过流保护装置，设置于低压厂用变压器低压侧分支上，用于作为低压厂用变压器低压侧母线及其相邻设备的后备保护，在流过所述低压分支过流保护装置的电流值≥所述低压分支过流保护装置的动作电流的情况下，切除所述低压厂用变压器低压侧对应段母线上的故障。

7.根据权利要求6所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述低压分支过流保护装置的动作电流为按躲过对应段母线所接电动机的最大启动电流进行整定以及按与对应段母线最大电动机速断保护配合进行整定，然后取二者的整定电流中的最大值；其中，

(1)按躲过对应段母线所接电动机的最大启动电流进行整定包括：

根据以下公式确定不同电源切换方式下的不同机组型式的整定电流I₃₁：

I₃₁＝K_k×K₃×I_3e及其中，K_k为可靠系数，I_3e为低压厂用变压器高压侧绕组的额定电流，K₃为对应段母线需要自起动的全部电动机在自起动时所引起的过电流倍数，U_低d％为低压厂用变压器短路电抗百分值，W_3e为低压厂用变压器低压侧绕组的额定容量，W_3d∑为对应段母线需要自起动的全部电动机的总容量，K_qd为电动机起动电流倍数，与备用电源切换方式和机组型式有关；

(2)按与对应段母线最大电动机速断保护配合进行整定包括：

根据公式I₃₂＝K_k×K₃₂×I_32e，确定整定电流I₃₂，其中，K₃₂为电动机的起动系数，I_32e为最大电动机的额定电流。

8.根据权利要求1所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述低压厂用变压器继电保护装置还包括：

低压厂用变压器高压侧过流保护装置，设置于低压厂用变压器高压侧，用于作为低压厂用变压器及其相邻设备的后备保护，在流过所述低压厂用变压器高压侧过流保护装置的电流值≥所述低压厂用变压器高压侧过流保护装置的动作电流的情况下，切除在低压厂用变压器及其相邻设备的故障。

9.根据权利要求8所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述低压厂用变压器高压侧过流保护装置的动作电流为按躲过低压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和进行整定、按躲过低压厂用变压器低压侧一个分支负荷自起动电流和其他分支正常负荷总电流进行整定以及按与低压厂用变压器低压侧分支过流保护配合进行整定，然后取上述三项整定电流中的最大值；其中，

(1)按躲过低压厂用变压器所带负荷中需要自起动的电动机最大起动电流之和进行整定包括：

根据以下公式确定不同电源切换方式下的不同机组机型的动作电流I₄₁：

I₄₁＝K_k×K₄×I_4e及其中，K_k为可靠系数，I_4e为低压厂用变压器高压侧绕组的额定电流，K₄为对应段母线需要自起动的全部电动机在自起动时所引起的过电流倍数，U_低d％为低压厂用变压器短路电抗百分值，W_4e为低压厂用变压器高压侧绕组的额定容量，W_4d∑为对应段母线需要自起动的全部电动机的总容量，K_qd为电动机起动电流倍数，与备用电源切换方式和低压变压器容量有关；

根据公式灵敏度且K_m41≥设定值，判断整定电流I₄₁是否符合条件，如果是则保留对应的动作电流I₄₁，否则根据公式确定修正后的整定电流I′₄₁；

(2)按躲过低压厂用变压器低压侧一个分支负荷自起动电流和其他分支正常负荷总电流进行整定包括：

根据公式I₄₂＝K_k×(I′₄₂₀+ΣI₄₂₀)确定整定电流I₄₂，其中，I′₄₂₀为一个分支自起动电流值，ΣI₄₂₀为其余分支正常的总负荷电流；

(3)按与低压厂用变压器低压侧分支过流保护配合进行整定包括：

根据公式I₄₃＝K_k(I′₄₃₀+ΣI₄₃₀)确定整定电流I₄₃，其中，I′₄₃₀为一个分支的过流保护动作值，ΣI₄₃₀为对应段母线上其余正常分支的总负荷电流。

10.根据权利要求1所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述低压厂用变压器继电保护装置还包括：

低压厂用变压器限时速断保护装置，设置于低压厂用变压器高压侧，用于作为低压厂用变压器速断保护在低压侧保护死区的主保护，在流过所述低压厂用变压器限时速断保护装置的电流值≥所述低压厂用变压器限时速断保护装置的动作电流的情况下，快速切除在低压厂用变压器及速断保护在低压侧保护死区内的故障。

11.根据权利要求10所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述低压厂用变压器限时速断保护装置的动作电流按与低压厂用变压器高压侧过流保护配合整定确定，其中根据以下公式：

I₅＝K′_k×I₅₀，确定所述低压限时速断保护装置的动作电流I₅，其中，K′_k为能够调节的可靠系数，I₅₀为低压厂用变压器高压侧过流保护定值；

根据灵敏度且K_m5≥设定值，判断动作电流I₅是否符合条件，如果是则保留，否则调整K′_k，使第二设定值≥K_m5≥第一设定值。

12.根据权利要求10所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述高压分支限时速断保护装置的工作时间为0.8s。

13.根据权利要求1所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述低压厂用变压器继电保护装置包括：

低压分支速断保护装置，设置于低压厂用变压器低压侧的分支上，用于作为低厂用变压器低压侧对应母线的主保护，在流过所述低压分支速断保护装置的电流值≥所述低压分支速断保护装置的动作电流的情况下，切除所述低压厂用变压器低压侧对应段母线上的故障。

14.根据权利要求13所述的发电厂厂用电系统继电保护配置成套装置，其特征在于，所述低压分支速断保护装置的动作电流为按最小运行方式下低压厂用变压器低压侧母线上两相短路电流时灵敏度满足设定需求进行整定确定；其中，

按最小运行方式下低压厂用变压器低压侧母线上两相短路电流时灵敏度满足设定需求进行整定的方法包括：

根据公式：及第三设定值≥K_m6≥设定值，判断动作电流I₆是否符合条件，如果是则保留动作电流I₆，否则通过调节灵敏度K_m6，使第三设定值≥K_m6≥设定值以确定修正后的动作电流I′₆。