广东盐田港深汕港口投资有限公司 516473
摘要：港口供电系统不同于其他一般区域供电系统，其系统构成更加复杂，设备投入更大，系统设计难度比较大，因此应该结合港口供电需求以及区域供电基本情况，实现港口供电系统的优化设计。文章积极从这个角度出发，首先探究了港口供电系统的基本概念，指出港口供电系统的不同之处，对于供电系统的组成进行了详细探究，在此基础上，积极去分析港口用电设备的特点，变配电站和供配电对应的要求，以实现对于港口供电系统特点的全面解析。
关键词：常见故障；励磁涌流；电流互感器饱和；所用变保护拒动
港口供电系统负荷复杂，点多、线路长、覆盖面广等，易受盐雾气候、粉尘污染等环境影响。设备容易发生短路故障，严重损坏相关配电线路，进而影响整个供电系统的安全。作为一种重要的设备，确保电力供应和分配系统的可靠运行，继电保护装置会发出报警信号或系统时自动切断线路短路或其他错误，以防止电源故障的扩张和大规模的电源故障的发生。在此基础上，本文以广东惠州荃湾煤炭码头为实例，针对10kV供电系统的继电保护进行探讨。
1.港口供电系统的概况
一般情况下，电力供电系统主要由发电厂，电力网变电站和用户三个要素构成的系统。但是由于港口自身的独特性，使得其供电系统有所不同。港口占地面积大，用电负荷比较分散；对于供电可靠性要求高。因此，港口供电系统都是从区域电力网实现电能输送，再通过降低电压手段，实现电力向各个电场所的输送。面对分散的用电负荷，常常会使用到220-380V低压设备，其容量也不是很大。对于部分大型港口作业区域来讲，会在地区电力网上实现110kV或者220kV高压电能的获取，采取手段将其降低到6-10kV，实现从高压配电线路向变电所输送之后，再次降压为380V配电电压，才可以投入使用。为了达到上述的目的，往往会设置两级变压器。对于中型港口或者作业区来讲，电网供电为6-10kV，一般是从港口中心配电所向前沿变电所输送，通过降压设备是否再给与各个用电设备。综上所述，港口供电系统一般主要由：地区电力网，降压变电站，港区供电系统，前沿变电所，低压配电系统几个部分构成。
2.继电保护基本原则
供电系统的安全运行必须满足可靠性、选择性、灵敏度和快速性四项基本原则。可靠性。即正确设置和调整继电保护装置，内部元件质量可靠，运行正常，系统简化，保证了系统的可靠性。选择性。当设备或电路本身发生短路故障时，断路器本身拒绝工作，故障将由相邻设备保护或相邻电路保护动作消除。敏感度。当保护区内发生短路故障时，保护装置应具有必要的灵敏度系数，满足最小灵敏度要求。快速行动。当发生故障时，保护装置应及时响应，尽快在短路位置排除故障，减小故障范围，降低电力线和故障设备的损坏程度，提高自动重合闸和备用自切换的可靠性。
3.港口变配电站与供配电线路的特点
3.1变配电站的主接线
首先我们需要明确什么是一次设备，什么是一次接线，以及其特点。所谓一次设备，是指在变配电中与电气设备直接相连的电气设备，比如开关等，这些就是一次设备。而这些设备之间组成的接线，就是变配电所的一次接线。显然无论是一次设备，还是一次接线，都能够保证安全性和可靠性，这是变配电运行正常的关键所在。其次，总降压变电站主接线方式，一般会受到港口性质，港口规模和当地电网现状等因素的影响。比如一般小型港口，会以一台变压器的总降压变电站的一次接线的方式来进行。其优势在于：操作简单，费用比较低，但是一旦出现故障，就会出现停电的问题。其三，大型港口与重点口岸的供电可靠性保证措施。对于总降压变电站来讲，以两回电源线路送电的方式，实现两台变压器桥式主接线的配置，一般分为内桥式和外桥式，前者用于线路较长，故障检修机会多，变压器不需要常常退出工作的总降压变电站中；后者多适用于供电线路较短，变压器切除比较频繁的总降压变电站中。其四，对于符合变化比较大的港口，为了保证运行的可靠性和稳定性，常常会在低负荷的时候使用一台变压器，在高负荷的时候使用两台，这样两台变压器的模式可以保证比较好的可靠性，还可以使得交互效果达到最佳。其五，对于中小型港口作业区域来讲，如果其电力系统高压线路供电范围为：6-10kV，此时设置中心配电所的同时，以同级别电压分配到前端口前沿便是俺说，此时会设置两条高压电源进线，以高压隔离开关分段的单母线制，实现供电可靠性和灵活性的提升。
3.2变配电站的主要电气设备
变配电站的主要电气设备主要牵涉到以下几个方面：其一，10kV开关设备，考虑到港口自然环境的特殊性，一般会选择高压设备，以金属全闭合型组合电气或者开关柜为主，比如六氟化硫组合电气，其安装空间比较小，分段容量处于较大的状态，是比较安全的操作模式。当前使用比较多的10kV开关设备，绝缘性好，性能可靠，运行操作方便，体积比较小，是比较理想的开关设备；其二，10kV开关柜，大致来讲港口采用的开关柜主要分为：金属封闭式开关柜；分手车式和固定式三种。金属封闭式开关柜，维修比较便捷，互换性比较好，有着供电可靠的特点，但是其价格比较高，一般会被使用到总降压变电站或者中学配电所中；固定式的价格比较低，往往会使用到操作不多的码头前沿变电所。其三，低压配电屏，一般主要可以分为两种类型：抽屉式；固定式。在用电设备比较集中，操作比较频繁，出线回路多的大型变电所，都会选择手车式，这样的模式不仅仅可以保证供电的可靠性，还便于操作和控制。如果用电设备比较少，操作不多，回路少的中小型变电所，往往会选择以固定式的方式来进行，是比较经济的选择方案。其四，变压器，当前港口使用的变压器比较多，不同情况下，其选择的变比是不同的。
4.港口供配电系统继电保护装置的作用及设置分析
4.1继电保护在港口供配电系统中的作用分析
继电保护对于维护港口供配电系统的稳定和安全运行起着不可替代的作用，主要原理是通过预报运行事故的发生和降低事故范围的方法来达到提升系统运行的稳定，最重要的是能够保证系统不间断的供电从而保障港口供配电系统的稳定和安全运行。在港口供配电系统当中，继电保护所起的作用主要体现在以下三个方面：①在港口供配电系统正常运行的情况下，能够安全、完整地监视所有设备的运行状况，为值班人员提供有效的运行依据；②当港口供配电系统出现故障时，能够迅速自主有效地做出判断，切除故障部分，从而保证故障部分以外能够正常运行；③一旦港口供配电系统出现异常运作的情况，可以准确及时地发出警报或信号，告知值班人员尽快作出反应。
4.2港口供配电系统继电保护装置的设置
港口供配电系统的供电线路、分段母线和配电变压器一般会设置以下几种保护装置。①供电线路上，10kV线路应装设上过流保护。若过流保护的时间不大于0.5~0.7s且没有保护配合上的要求时，可以酌情不装设电流速断保护，但是重要的变配电引出的线路必须装设瞬间电流速断保护。而当瞬间电流速断保护也不能满足选择性动作时，则应装设带时限的电流速断保护。②分段母线。不并列运行的分段母线应当装设电流速断保护，但是只在断路器合闸的瞬间使用，合闸后会自动解除。若装设的是反时限过流保护，瞬动部分会解除，而负荷等级较低的母线或是配电负荷中心则可不安装保护。③配电变压器。当其容量小于400kVA时，通常情况下采用高压熔断器保护。当配电变压器的容量为400~630kVA、高压侧使用断路器时，应当装设过流保护。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一旦过流保护时限大于0.5s时，还需要安装电流速断保护，油浸式的配电变压器还需要安装瓦斯保护，另外还需要安装温度报警保护。继电保护装置作为可修复的元件，它常用的状态包括以下几种：①正常运行状态，这是继电保护装置一般所处的正常状态。②检修状态，为了确保继电保护装置能够长期稳定运行，需要对其进行定期检修，在检修的时候保护装置会退出正常运行状态。③正常动作状态，是指当被保护元件出现故障时，保护装置正确动作于跳闸的状况。④误动作状态，当保护装置不应动作时出现错误的动作状态，比如因为整定错误导致出现区外故障，继电保护装置发生跳闸的错误动作。⑤拒动作状态，是指当保护装置需要作出动作时却拒绝动作的状态，比如因内部机械故障或是整定错误导致保护装置拒动作。⑥故障维修状态，当保护装置出现故障的时候对其维修时进入的状态。
5.变电站内部管理要点
5.1变电站的站用变压器及站用电系统
港口10kV变电站一般设两台站用变压器，高压电源一般取自主变压器的低压侧（10kV）。站用电低压配电宜采用TN系统（中性点直接接地），采用动力和照明共用的供电方式，额定电压宜为380V/220V。有两台及以上主变压器的变电站，一般设置两台容量相同、可互为备用的站用变压器，每台变压器的容量应满足变电站全部交流计算负荷的需要。低压侧设有低压站用交流柜，采用两路电源进线，分别引自两台站用变压器低压侧，多采用单母线分段接线。为了保证港口10kV变电站的供电可靠性，站用变压器除向本站设备供电外，不应向变电站外部单位供电。
5.2接地方式
港口10kV变电站多为终端变电站，一般不设置变压器直接接地。如电业部门要求在港口10kV变电站主变压器中性点设置接地时，接地装置都应经过隔离开关接地。当变压器中性点断开运行时，中性点应装设避雷器保护。当变压器无中性点或中性点未引出时，应装设专用的接地变压器和自动跟踪补偿消弧装置，接地变压器的容量应与消弧部分的容量相配合。港口10kV变电站一般都设置专用的接地变压器和消弧线圈。
5.3继电保护系统和自动装置
当任何电气设备或回路发生故障时，继电保护系统应能迅速而可靠地切除故障，保证系统的安全运行，缩小事故范围、限制故障设备及线路的损坏程度和减轻停电损失。自动装置包括10kV进线、母联和10kV母联自投；电力电容器补偿和站用交流电源自投等。港口10kV变电站的10kV进线应装设速断、过流和零序保护，同时根据供电部门的要求，设置低频减载保护、负荷控制装置、谐波监测装置等。
5.4所用变保护拒动
一般变电所设计中，所用变保护的容量较小，通常选择30～100kVA，并安装于10kV开关柜内，因此高压侧短路电流与系统短路电流相差不大，低压侧出口的短路电流值剧增，对所用变保护以及10kV配电线路构成威胁。常规而言，一般采用熔断器对其实现保护，随着电力系统扩张，短路电流增大，保护可靠性降低。故而乍浦港变电所内的所用变，均采用断路器保护，但却带来了电流互感器饱和的问题。所用变保护的一次额定电流往往较小，此时，保护与计量往往合用一组，互感器变比取偏小值，原因是为了保证计量精度。当高压侧发生短路故障时，短路保护主要靠后备开关保护动作来实现；但如果是低压侧发生短路故障，短路电流则偏小，后备保护开关拒动，故障难以及时切除。为避免发生所用变保护拒动的情况，乍浦港变电所设计中对电流互感器进行合理配置，并将计量与保护分开独立设置：在高压侧装设保护用电流互感器，实现对所用变保护的短路保护；在低压侧装设计量用电流互感器，以确保计量的准确度达到要求。
5.5电流互感器饱和
10kV线路出口处短路电流与系统规模和运行方式是密切相关的。当电力系统范围扩大，10kV系统短路电流将增大，电流值高达电流互感器一次额定电流的上百倍，因此，原先正常运行的电流互感器极易呈现饱和状态；另外，由于短路故障处于一个暂态过程，短路电流中的非周期分量会产生电流震荡，峰值和波谷相差较大，更容易加速电流互感器饱和，二次侧电流急剧降低，保护装置拒动，只能由后备保护来切除，因而延长了故障时间，使得故障范围扩大。目前港口总变主要是220/10.5kV或110/10.5kV的降压站，最大运行方式下的短路电流较大，电流互感器若变比较小，可能在供电系统发生短路故障时出现饱和。为解决这一问题，除了需提高主变压器的短路阻抗和容量外，还要提高保护用电流互感器的准确极限值，或者提高电流互感器变比值。保护用电流互感器的准确度等级一般选用5P、10P等级；而测量用电流互感器，不管是何变比，通常采用5P10型，测量精度为5%，准确极限值为10。荃湾煤炭码头供电系统设计中，保护用电流互感器的准确度等级选用5P等级，测量用电流互感器选用5P10型。
5.6低压闭锁式过流保护的调试方法
低压闭锁式过流保护的特点是：保护只有在电压大于整定的闭锁电压值时，其接点才能复归；若线电压高于闭锁电压值，施加的电流再大也不能让保护动作出口。所以，在现场调试时需掌握一定的方法和技巧。动作电流测试：在“交流试验”模块中，设初始三相线电压大于闭锁电压，值得注意的是：一般定值单中给定的低电压闭锁值是线电压，请查看软件界面的左下侧的线电压显示，初始三相电流小于其动作值，并设电流为变量，根据精度要求设置相应的变化步长。开始试验后，先复归保护接点，使其做好跳闸准备，然后再手动或自动递增电流至保护动作。电压闭锁值测试：设三相电压为57V，正序相位，均为变量，步长足够大，应保证减一个步长后，输出的线电压值小于保护整定的低电压闭锁值；设三相电流为0A，正序相位，为非变量，但预设足够大的步长，使得增加一个步长后，输出的电流即大于保护的动作值。点击开始试验按钮，在手动方式下试验，此时测试仪给保护输入额定电压，满足复归要求。手动复归保护接点使其合闸，做好跳闸准备。手动递减一次变量，此时电压降至整定的闭锁值以下，保护处于闭锁状态。在手动试验状态下，将电压改为非变量点击去掉“变”栏中的“√”即可，同时将电流设置成变量在电流的“变”栏中点击加上“√”即可，并改“递增”选项为“递减”。手动递增一次变量，此时保护被加入一故障电流，因保护处于低电压闭锁状态，所以保护不动作。在手动试验状态下，再将三相电压设置为变量，而三相电流设置为非变量，更改电压的步长为适当值。手动递增电压值至保护动作。实际操作时，在接近整定的低电压闭锁值之前，可较快手动递增变量，而快接近闭锁值时应缓慢递增，使保护有足够的时间动作出口，以保证测试的准确性。
结语
目前，国内港口大多存在过电流、电压超额、电压骤降、绝缘老化等供电故障，还有配电线路励磁涌流、电流互感器饱和以及所用变保护拒动等问题，严重影响供电系统安全运行。本文通过对继电保护整定值计算和时间调整的实例分析，阐述港区供电设计中如何做到满足供电系统速动性、可靠性、灵敏性和选择性四项原则，利于变电所事故动作分析，减少事故隐患，促进港口供电系统安全运行。
参考文献
[1]梁蕾，赵久涛，刘汉武.10kV配电线路继电保护的研究.科技创新导报，2010.
[2]李凯.宝钢供配电系统继电保护配置及整定[J].冶金动力.2010
论文作者:梁善丁
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/5/31
标签：港口论文; 供电系统论文; 变压器论文; 电流论文; 变电站论文; 故障论文; 电压论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;