关键词：线-变组，微机综合保护，短路电流，纵差保护
0引言
新建小型热力发电站设置一台6.3kV、15MW无刷励磁发电机组，采用1台37.5/6.3kV、20MVA主升压变压器，向公司内2500高炉变电所35kV母线供电。35kV侧进线采用线路-变压器接线方式。设置1套同期装置，同期点和解裂点均设于发电机出口6kV断路器侧。本论文针对带有小型发电机组的供电系统进行短路电流计算，并在此基础上结合SIEMENS 7SD610及7UM612综合保护装置功能，对小型热电站主要继电保护进行配置研究，对确保发电机组稳定运行有重要的意义。
1、热电站继电保护设计原则
根据《继电保护和安全自动装置技术规程》 GB14285-2006的规定[1]，对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按规定配置以下保护：
（1）对100MW以下的发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机与变
压器宜分别装设单独的纵联差动保护功能，做为发电机主保护应动作于停机。
（2）对1MW以上发电机，应装设纵联差动保护，做为发电机主保护应动作于停机。
（3）对发电机外部相间短路故障和作为发电机主保护的后备，对于容量在1MW以上的发
电机，宜装设复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护，保护以较长时限
动作于停机。
论文主要结合SIEMENS综合保护技术重点对线-变组差动保护，发电机差动保护以及复合电压闭锁电流保护进行分析研究。对于1MW以上的发电机，还需要根据规范要求设置定子绕组接地保护，过电压保护，过电流保护，负序过负荷保护，转子一点接地保护，失磁保护等以确保发电机的安全运行。
2、热电站短路电流计算
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小型热电站供电系统短路电流计算如下[2]：
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2.2、标么值阻抗换算，取基准值：sb=100MUA，主变高压侧基准电压为38.5kV，主变低压侧基准电压为6.3kV。
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2.3、短路电流计算
1) 系统短路阻抗：.png)
，
2) 五中央至电气楼35kV回路35kV电缆阻抗：.png)
3) 发电机升压变阻抗：Xt=0.5
4) 热电热电厂楼6kVA母线有：
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2.4、考虑发电机后的出口6kV短路数据
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3、热电站继电保护配置设计
针对小型热电站供电系统进行分析研究，根据继电保护整定原则结合SIEMENS综合保护技术对线-变组及发电机主要保护进行配置。
3.1线路-变压器组纵联差动保护
3.1.1 保护原理及动作特性
线路-变压器采用SIEMENS 7SD610综合保护装置，相比普通变压器差动保护，7SD610
保护装置能够针对高低压侧CT极性，在装置内部调整电流方向，具有变压器Y-△接线转换自动计算和补偿相角误差功能，同时具有防止变压器投切励磁涌流误动的二次谐波制动功能，在作为35kV线-变组光差保护时，7SD610配置了比率差动保护和差动速断保护[3]。从低于设置值Idiff >的稳定特性Idiff = Irest（45o-curve）导出的差动保护的启动与动作特征，符合公式：
Idiff ≥Idiff >> 或Idiff ≥Irest
Irest= Idiff > + ∑I（fault current）
式中，Idiff为差动电流，Idiff >为差动电流启动
值，Idiff >>为差动保护速断值，Irest为制动电流，
∑I（fault current）为综合误差电流总和（包含装置软
硬件测量误差、频率偏移误差以及传输误差等），
若计算出的差动电流超过启动电流值和所有因
素引起的系统综合误差电流之和，则故障肯定
发生在线-变组内部，差动保护动作跳开高、低压侧断路器。7SD610保护装置的动作特性曲线如图3-1所示，由直线a、b与c围成的“Trip”阴影部分即为差动保护动作区域。.png)
3.1.2 保护定值整定
在线-变组差动保护设置中，由于线路较短，线路短路电流较小在保护整定中一般不予考虑。差动启动值越小保护越灵敏，同时启动值还要躲过变压器两侧ＣＴ误差及变压器有载调压造成的差动电流，因此，线-变组差动保护启动值取。7SD610综合保护在算法处理上已经充分考虑了CT测量误差影响，并且为解决穿越性故障时CT饱和导致保护误动问题，CT误差系数在额定电流下设置为5%，超过额定电流时自动设置为10%，因此7SD610综合保护制动系数不需要整定。同时，为躲过变压器空载投入时产生过高的励磁涌流（主要成分为二次谐波电流），设置二次谐波制动系数为15%，即当二次谐波与基波比例超过设定值时则闭锁差动保护，闭锁时间设置为0.2秒。
差动速断动作值按躲过变压器最大励磁涌流或外部短路时不平衡电流整定，取较大者作为整定，只要达到定值，不考虑任何制动因素。差动速断保护动作值一般取4～8倍额定电流，本文取.png)
，灵敏度校验采用最小运行方式下线-变组差动保护区内变压器引出线两相金属性短路计算，要求灵敏系数.png)
。
经校验，.png)
，满足要求。
3.2发电机比率制动纵联差动保护
热电站发电机保护采用SIEMENS 7UM612原装进口综合保护装置，主要应用于小型发电机的差动保护，基本原理如图3-2。
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，
图3-2中为发电机比率制动纵联差动特性原理图，纵坐标为差动电流，横坐标为制动电流，分别由折线Ｉ、折线Ⅱ、折线Ⅲ 构成纵差保护曲线图，曲线上方为差动保护动作区域，曲线下方为制动区域，其中参数：Idiff >：折线Ｉ差动保护起动值；
Idiff >>：差动保护速断值；
BASE POINT1：折线Ⅱ基点电流值；
BASE POINT2：折线Ⅲ基点电流值；
SLOPE1：折线Ⅱ比率制动斜率；
SLOPE2：折线Ⅲ比率制动斜率；
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3.2.2 保护定值整定
西门子7UM62综合保护装置设置保护定值，差动起始值Idiff>，即差动起动阈门值，该值与差动保护灵敏度有直接关系，同时考虑差动保护可靠性，以保证在正常运行最大的误差情况下差动保护不会误动。启动值：.png)
折线Ⅱ的斜率SLOPE1，以Base Point1为基点的一条直线。Base Point1的大小决定了继电器什么时候开始提高动作值，即比率制动开始发挥作用，Base Point1取值为：0.2PI。差动电流需要考虑发电机两侧差流和ＣＴ误差综合因素确定，SLOPE1值是差动电流与制动电流的比值，通常取0.25～0.5之间，故SLOPE1取值为：0.3
折线Ⅲ的斜率SLOPE2，以Base Point2为基点的直线。Base Point2为ＣＴ饱和时增加稳定性的起始点，Base Point2大小通常为2.5倍额定电流，即Base Point2取值为：2.5PI。SLOPE2＞SLOPE1，在0.3～0.8之间取值，为提高可靠性，SLOPE2取值为：0.6。
曲线Ⅳ高定值差动速断Ｉｄｉｆｆ>>，在用于发电机差动保护时不做设定。
3.3定时限复合电压启动过电流保护
3.3.1保护原理
该保护由负序过电流元件及低电压起动的单相过电流元件组成。电流电压一般取自发电机的TA和TV。出口方式：可发信或跳闸。
3.3.2整定计算：
（1）负序电压元件按躲过发电机正常运行时不平衡电压来整定：.png)
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灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验：.png)
，
式中：U2min—主变高压侧母线二相短路时，保护安装处的最小负序电压，要求灵敏系数。.png)
（2）低电压元件
低电压元件整定按躲过发电机失磁运行或大型电动机自启动时出现的低电压值来整定，可取(0. 60～0. 85 ) (—发电机额定电压(相间电压)，TV二次值)，取，即：.png)
。
灵敏系数按主变压器高压侧母线三相短路条件校验：
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式中：.png)
—主变高压侧母线金属性三相短路时的最大短路电流；—主变压器电抗，根据之前短路计算可知，；
要求灵敏系数，.png)
满足要求。
（3）单相过电流元件动作电流按发电机额定负荷下可靠返回的条件整定。
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式中：Le——发电机的额定电流(TA二次值)；——可靠系数，取1.3～1. 5；
KL ——返回系数，对于微机型保护装置，取0.85～0. 95。
即：.png)
。
灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路条件校验：.png)
式中.png)
：—主变压器高压侧母线金属性两相短路时，流过保护的最小短路电流。
要求灵敏系数Ksen≥2.0，满足要求。
（4）动作延时
复合电压闭锁过流保护的动作时间，应按躲过相邻元件短路后备保护中的最长一级时间来整定。即： .png)
式中:tmax —相邻元件后备保护中的最长一级时间；— 时间级差，一般取0. 3～0. 5S。
4、结束语
本论文重点针对小型热电站供电系统模型进行了短路电流计算，同时结合SIEMENS 7SD610及7UM612综合保护装置对热电站线-变组、发电机纵联差动主保护以及复合电压过电流后备保护进行继电保护整定设计，通过实践验证具有良好的经济性和可行性，对今后类似小型热电站继电保护配置具有参考价值。
参考文献：
[1]《继电保护和安全自动装置技术规程》 GB14285-2006.
[2]《工业与民用配电设计手册》第三版.中国电力出版社,2005.
论文作者:李大伟
论文发表刊物:《中国电业》2019年 22期
论文发表时间:2020/4/15
标签：电流论文; 差动论文; 发电机论文; 热电站论文; 变压器论文; 折线论文; 电压论文; 《中国电业》2019年 22期论文;