·10·
总第83期 M ET ALL URGICAL POW ER
冶金动力
2001年第1期
宝钢供配电系统继电保护配置及整定
李 凯
(宝钢能源部 上海 200941)
【摘 要】 概略介绍了宝钢供配电系统继电保护装置的配置和整定情况, 着重分析了供配电系统中不同结线方式的过电流保护动作值整定和上下级配合的关系, 指出了存在的问题, 提出了改进建议。 【关键词】 继电保护 选择性 定时限 反时限
Disposition and Setting -up of Relaying Protection
of Power Supply System of Baosteel
Li Kai
(Department of Energy Sources , Baoshan I ron &Steel Co . , Shanghai 200941)
【Abstract 】 A brief intro duction w as made o n dispositio n a nd setting -up o f relaying pro tectio n of po w er supply sy stem of Baosha n Iro n&Steel Co mpa ny. A detailed analysis w as made o n setting v alues of ov ercurrent pro tection of different linking modes o f lines in the po wer supply system and the relationship o f m atching of higher stag e and lo wer stage . Pro blems w ere pointed out and im proving measures w ere giv en.
【Keywords 】 rela ying protection, selectivity, fix ed tim e limit, rev erse time limit
1 前言
在电力系统中有时会出现各种故障形式或影响安全供电的异常情况, 如电力设备的短路、接地、断线、过负荷等。它们使设备损坏、供电中断或影响设备使用寿命, 同时会导致电力系统电压下降而使用户的正常生产遭到破坏, 甚至可能使整个电力系统瓦解瘫痪。而电力系统的故障在极短时间内就可能发展扩大, 因此为了防止事故的扩大, 保证非故障部分仍能正常供电, 维持电力系统的稳定, 必须尽快切
除故障, 这时就需借助能够快速切除故障和消除异常情况的继电保护装置来完成。
为了提高电力系统运行的安全稳定性, 在系统发生故障时, 继电保护装置必须能有选择地、快速地、灵敏地和可靠地将故障设备切除, 以保证非故障部分继续运行。宝钢供配电系统和各生产厂的电气室安装配置了各种类型的继电保护装置, 在稳定宝钢供电系统安全运行中起了很大作用, 基本上满足了运行要求。但也发生过一些继电保护非选择性动作和误动作, 下面就宝钢供配电系统的继电保护配置和动作值设定情况作一讨论。
否有正确的选择性, 能否可靠动作而不扩大故障范围。继电保护动作值的设定包含两方面的意思, 其一是应由故障设备上的保护装置动作切除故障, 其二是上下级之间的保护装置能起后备保护作用。因此保护装置的动作值除了具有保护本设备的功能外, 还存在着上下级之间的选择性配合问题。只有解决好这两者之间的关系, 才能使继电保护装置发挥作用。宝钢供电系统各类继电保护装置中以馈线的电流保护最多, 而馈线保护涉及的上下级配合问题也较多, 其他设备的保护整定值与上下级配合相对较少, 只要按原则整定即可。因此这里主要讨论馈线电流保护的定值整定及上下级配合关系。
在供配电系统中馈线的接线方式大体分为两种, 一种为线路变压器组, 一种为馈电线路。它们的保护配置基本是一样的, 即电流速断保护作为主保护, 反时限过电流保护作为后备保护, 但是整定值和上下级配合的选取却不完全一样。现分别加以说明。
(1) 线路变压器组线路变压器组接线方式如图1所示, 它的保护配置为保护1作为变压器主保护是电流速断保护, 后备保护是反时限过电流保护。保护2、保护3一般配置过电流保护。保护1的电流速断保护动作值是按躲过变压器二次侧最大短路电流来整定, 动作时,
2 宝钢供配电系统继电保护的配置及动作值整定
2001年第1期
冶金动力 总第83期 M ETAL LU RG ICAL P OWER
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不会由于下级线路发生短路故障而使变压器跳闸。
保护1的反时限过电流保护是按照变压器的额定容量来整定保护范围伸到下级线路, 因此它既可以作为变压器的过负荷保护, 又可作为本线路和下一线路的后备保护, 但在动作时间上与下级的保护2有一个时间差Δt 。而保护2、保护3的动作值整定是按用电负荷在短路故障时能动作并有充分的灵敏度, 但动作时间保护2与保护3相差一个时间差Δt 来整定的。在这种接线方式下, 保护1的电流速断保护的范围不超出变压器, 因而在馈电电缆或变压器发生故障时能够迅速动作跳闸切除故障, 在下级线路中发生故障时不动作从而保证选择性。而保护1的后备保护因与保护2有时间差, 故动作时间较长如主保护发生拒动时, 切除故障的时间较长, 可能对系统带来影响。这里要指出的是保护2用定时限还是用反时限对上下级配合影响很大。在宝钢一、二期系统中保护2大都只设反时限电流保护, 作为母线保护及下级线路的后备保护, 由于反时限特性是故障电流与动作时间成反比, 因此保护2用反时限有很大的灵活性, 并且上级供配电系统的后备保护均用反时限, 下级线路的后备保护也大都用反时限, 上下级之间的配合比较容易实现。在三期系统中很多地方保护2是用定时限保护, 也即不管电流大小都要到整定时间后保护才能动作跳闸, 由于下级线路可能还有配电室, 因此保护2的动作时间可能是0. 3～0. 6s 甚至更长, 而上级供配电系统保护均为反时限, 故而在上下级配合上较难实现, 可能在有些情况下会产生越级跳闸现象, 失去保护的选择性
。
能可靠动作来整定, 反时限过电流保护是按照躲过本线路最大负荷电流来整定。保护2和保护3的主保护是按下级负荷短路能动作并有足够的灵敏度来整定。由于宝钢厂内馈线较短并且供电线路均用电缆, 线路阻抗很小, 在计算短路电流时常忽略不计。因此在d 1点短路和d 2点短路从短路电流来看相差不大, 但从保护范围来看d 1点短路应保护1动作, d 2点短路应保护3动作。而d 2点故障时保护1和保护2、保护3流过的短路电流基本一样, 保护1、保护2、保护3都可能动作。故从保护动作值来区分出各自的保护范围, 保证选择性难以做到。要保证选择性只有通过延时来达到, 也即保护1、保护2、保护3的动作时间各自相差一个时间差Δt , 从而保证保护的选择性, 不至于在d 2点短路时保护1、保护2也动作跳闸扩大事故范围。在这种接线方式下, 由于只能用延时的方法来保证选择性, 尤其是下级电气室有两级以上配电的情况, 上级变电所的馈线保护动作时间将为0. 6～1. 0s , 甚至更长, 这对保护的快速性是不利的。
图2 馈电线路接线与保护配置
此外, 还需指出的是宝钢的各生产厂电气室均安装了大量的低电压保护, 以便在电压降低时保护用电设备。低电压保护动作值出于对生产状况的不同考虑, 大都整定得比较高, 在额定电压的80%左右甚至更高就动作跳闸, 并且动作时间为零秒, 因此在系统发生故障时, 特别是主系统发生短路故障时, 由于电压瞬时下降而引起大面积跳闸停电, 对生产造成很大影响。宝钢供配电系统几次110kV 、220
图1 线路变压器接线与保护配置
(2) 馈电线路
馈电线路接线方式如图2所示, 它的保护配置与线路变压器组一样, 保护1主保护是电流速断保护, 后备保护是反时限过电流保护。保护2、保护3一般配置定时限或反时限过电流保护。保护1的电
kV 线路故障都造成了全厂大面积跳电, 其主要原因就是如此。
3 小结
综上所述, 归纳为以下几点:
(1) 宝钢供配电系统各类继电保护装置配置基本满足继电保护的4个基本要求, 是比较合理和可)
2001年第1期
冶金动力 总第83期 M ETAL LU RG ICAL P OWER
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I Be ——变压器额定电流
Z ——工作短路阻抗
%流1200A, 在一般变压器保护中, 由于上级过流保护动作时限0. 7s , 可以保证继电保护的正常、可靠, 但由于电炉变在熔化期点弧及塌料时经常处于连续工作短路状态, 当连续工作短路电流在1200～1240A 之间, 且时限超过0. 7s 时, 就会发生越级动作事故。因此, 我们重新核算继电保护数值如表2。
表2 重新核算的继电保护数值
柜名一总降
#6572500k V A 电炉变
CT 变比600/5高压侧400/5低压侧10000/5
整定值/A过流10(1200) 速断27(3240) 速断12. 5(1000) 过流4(8000)
时限/s0. 70. 5016
图2 短路阻抗示意图
在供电系统容量较大, 电炉变容量较小的情况, 由于短网阻抗所占有比例不大, 短网长度及布置各有差异, 以及计算误差, 一般工作短路电流倍数取3
～3. 5, 以保护电炉变压器。
(4) 从表1可看出, 电炉变高压侧速断保护动作电流为1240A, 大于一总降657, 过流保护动作电
#
我们重新对继电器按新的整定值校验, 通过几年来的正常运行表明, 该电炉变保护电流配合、时差配合、保护特性曲线配合恰当, 可以满足供电系统的可靠性, 保证供电网的正常、稳定运行。
2000-09-04收稿
作者简介
男, 1965年出生, 大专, 现从事电气管理工作。
(上接第11页)
在任何情况下都能切除不同类型的故障, 保证系统的稳定供电。
(2) 由于反时限电流保护的动作时间与电流成反比, 有很大的灵活性, 比较适用于工厂企业中的馈线保护。而用定时限电流保护则将延长保护动作时间, 不利于快速切除故障, 在与反时限保护的上下级配合上也难以实现。因此建议在不同的用电负荷和不同的设备上应慎重对待, 考虑问题时应仔细些。
(3) 对于以馈电线路方式供电的电气室由于同电压等级的上下级短路电流难以区分, 因此只能用延时来保证选择性, 故而下级电气室的配电级数不宜太多, 否由将使上级变电所保护动作时间较长, 不利于上级馈电线路中发生故障时快速切除故障, 从
而可能对系统造成影响。
(4) 各电气室的低电压保护动作值高、动作时间短是系统低电压引起负荷跳电的主要原因之一。为避免这一现象建议根据设备的具体情况可考虑适当降低低电压保护的动作值或延长动作时间, 以躲过系统的瞬间电压波动。
(5) 对一期系统的继电器由于运行时间较长, 动作特性有所变化, 动作可靠性下降, 并且有些制造厂已停止生产这类产品, 而无备件可更换。因此对这类继电器应加强维护和定期校验, 必要时进行更新改造, 以保证继电保护的可靠性。
2000-08-21收稿
作者简介
李凯, 男, 1956年出生, 大学, 工程师, 现从事供配电运行管理工作。
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总第83期 M ET ALL URGICAL POW ER
冶金动力
2001年第1期
宝钢供配电系统继电保护配置及整定
李 凯
(宝钢能源部 上海 200941)
【摘 要】 概略介绍了宝钢供配电系统继电保护装置的配置和整定情况, 着重分析了供配电系统中不同结线方式的过电流保护动作值整定和上下级配合的关系, 指出了存在的问题, 提出了改进建议。 【关键词】 继电保护 选择性 定时限 反时限
Disposition and Setting -up of Relaying Protection
of Power Supply System of Baosteel
Li Kai
(Department of Energy Sources , Baoshan I ron &Steel Co . , Shanghai 200941)
【Abstract 】 A brief intro duction w as made o n dispositio n a nd setting -up o f relaying pro tectio n of po w er supply sy stem of Baosha n Iro n&Steel Co mpa ny. A detailed analysis w as made o n setting v alues of ov ercurrent pro tection of different linking modes o f lines in the po wer supply system and the relationship o f m atching of higher stag e and lo wer stage . Pro blems w ere pointed out and im proving measures w ere giv en.
【Keywords 】 rela ying protection, selectivity, fix ed tim e limit, rev erse time limit
1 前言
在电力系统中有时会出现各种故障形式或影响安全供电的异常情况, 如电力设备的短路、接地、断线、过负荷等。它们使设备损坏、供电中断或影响设备使用寿命, 同时会导致电力系统电压下降而使用户的正常生产遭到破坏, 甚至可能使整个电力系统瓦解瘫痪。而电力系统的故障在极短时间内就可能发展扩大, 因此为了防止事故的扩大, 保证非故障部分仍能正常供电, 维持电力系统的稳定, 必须尽快切
除故障, 这时就需借助能够快速切除故障和消除异常情况的继电保护装置来完成。
为了提高电力系统运行的安全稳定性, 在系统发生故障时, 继电保护装置必须能有选择地、快速地、灵敏地和可靠地将故障设备切除, 以保证非故障部分继续运行。宝钢供配电系统和各生产厂的电气室安装配置了各种类型的继电保护装置, 在稳定宝钢供电系统安全运行中起了很大作用, 基本上满足了运行要求。但也发生过一些继电保护非选择性动作和误动作, 下面就宝钢供配电系统的继电保护配置和动作值设定情况作一讨论。
否有正确的选择性, 能否可靠动作而不扩大故障范围。继电保护动作值的设定包含两方面的意思, 其一是应由故障设备上的保护装置动作切除故障, 其二是上下级之间的保护装置能起后备保护作用。因此保护装置的动作值除了具有保护本设备的功能外, 还存在着上下级之间的选择性配合问题。只有解决好这两者之间的关系, 才能使继电保护装置发挥作用。宝钢供电系统各类继电保护装置中以馈线的电流保护最多, 而馈线保护涉及的上下级配合问题也较多, 其他设备的保护整定值与上下级配合相对较少, 只要按原则整定即可。因此这里主要讨论馈线电流保护的定值整定及上下级配合关系。
在供配电系统中馈线的接线方式大体分为两种, 一种为线路变压器组, 一种为馈电线路。它们的保护配置基本是一样的, 即电流速断保护作为主保护, 反时限过电流保护作为后备保护, 但是整定值和上下级配合的选取却不完全一样。现分别加以说明。
(1) 线路变压器组线路变压器组接线方式如图1所示, 它的保护配置为保护1作为变压器主保护是电流速断保护, 后备保护是反时限过电流保护。保护2、保护3一般配置过电流保护。保护1的电流速断保护动作值是按躲过变压器二次侧最大短路电流来整定, 动作时,
2 宝钢供配电系统继电保护的配置及动作值整定
2001年第1期
冶金动力 总第83期 M ETAL LU RG ICAL P OWER
·11·
不会由于下级线路发生短路故障而使变压器跳闸。
保护1的反时限过电流保护是按照变压器的额定容量来整定保护范围伸到下级线路, 因此它既可以作为变压器的过负荷保护, 又可作为本线路和下一线路的后备保护, 但在动作时间上与下级的保护2有一个时间差Δt 。而保护2、保护3的动作值整定是按用电负荷在短路故障时能动作并有充分的灵敏度, 但动作时间保护2与保护3相差一个时间差Δt 来整定的。在这种接线方式下, 保护1的电流速断保护的范围不超出变压器, 因而在馈电电缆或变压器发生故障时能够迅速动作跳闸切除故障, 在下级线路中发生故障时不动作从而保证选择性。而保护1的后备保护因与保护2有时间差, 故动作时间较长如主保护发生拒动时, 切除故障的时间较长, 可能对系统带来影响。这里要指出的是保护2用定时限还是用反时限对上下级配合影响很大。在宝钢一、二期系统中保护2大都只设反时限电流保护, 作为母线保护及下级线路的后备保护, 由于反时限特性是故障电流与动作时间成反比, 因此保护2用反时限有很大的灵活性, 并且上级供配电系统的后备保护均用反时限, 下级线路的后备保护也大都用反时限, 上下级之间的配合比较容易实现。在三期系统中很多地方保护2是用定时限保护, 也即不管电流大小都要到整定时间后保护才能动作跳闸, 由于下级线路可能还有配电室, 因此保护2的动作时间可能是0. 3～0. 6s 甚至更长, 而上级供配电系统保护均为反时限, 故而在上下级配合上较难实现, 可能在有些情况下会产生越级跳闸现象, 失去保护的选择性
。
能可靠动作来整定, 反时限过电流保护是按照躲过本线路最大负荷电流来整定。保护2和保护3的主保护是按下级负荷短路能动作并有足够的灵敏度来整定。由于宝钢厂内馈线较短并且供电线路均用电缆, 线路阻抗很小, 在计算短路电流时常忽略不计。因此在d 1点短路和d 2点短路从短路电流来看相差不大, 但从保护范围来看d 1点短路应保护1动作, d 2点短路应保护3动作。而d 2点故障时保护1和保护2、保护3流过的短路电流基本一样, 保护1、保护2、保护3都可能动作。故从保护动作值来区分出各自的保护范围, 保证选择性难以做到。要保证选择性只有通过延时来达到, 也即保护1、保护2、保护3的动作时间各自相差一个时间差Δt , 从而保证保护的选择性, 不至于在d 2点短路时保护1、保护2也动作跳闸扩大事故范围。在这种接线方式下, 由于只能用延时的方法来保证选择性, 尤其是下级电气室有两级以上配电的情况, 上级变电所的馈线保护动作时间将为0. 6～1. 0s , 甚至更长, 这对保护的快速性是不利的。
图2 馈电线路接线与保护配置
此外, 还需指出的是宝钢的各生产厂电气室均安装了大量的低电压保护, 以便在电压降低时保护用电设备。低电压保护动作值出于对生产状况的不同考虑, 大都整定得比较高, 在额定电压的80%左右甚至更高就动作跳闸, 并且动作时间为零秒, 因此在系统发生故障时, 特别是主系统发生短路故障时, 由于电压瞬时下降而引起大面积跳闸停电, 对生产造成很大影响。宝钢供配电系统几次110kV 、220
图1 线路变压器接线与保护配置
(2) 馈电线路
馈电线路接线方式如图2所示, 它的保护配置与线路变压器组一样, 保护1主保护是电流速断保护, 后备保护是反时限过电流保护。保护2、保护3一般配置定时限或反时限过电流保护。保护1的电
kV 线路故障都造成了全厂大面积跳电, 其主要原因就是如此。
3 小结
综上所述, 归纳为以下几点:
(1) 宝钢供配电系统各类继电保护装置配置基本满足继电保护的4个基本要求, 是比较合理和可)
2001年第1期
冶金动力 总第83期 M ETAL LU RG ICAL P OWER
·13·
I Be ——变压器额定电流
Z ——工作短路阻抗
%流1200A, 在一般变压器保护中, 由于上级过流保护动作时限0. 7s , 可以保证继电保护的正常、可靠, 但由于电炉变在熔化期点弧及塌料时经常处于连续工作短路状态, 当连续工作短路电流在1200～1240A 之间, 且时限超过0. 7s 时, 就会发生越级动作事故。因此, 我们重新核算继电保护数值如表2。
表2 重新核算的继电保护数值
柜名一总降
#6572500k V A 电炉变
CT 变比600/5高压侧400/5低压侧10000/5
整定值/A过流10(1200) 速断27(3240) 速断12. 5(1000) 过流4(8000)
时限/s0. 70. 5016
图2 短路阻抗示意图
在供电系统容量较大, 电炉变容量较小的情况, 由于短网阻抗所占有比例不大, 短网长度及布置各有差异, 以及计算误差, 一般工作短路电流倍数取3
～3. 5, 以保护电炉变压器。
(4) 从表1可看出, 电炉变高压侧速断保护动作电流为1240A, 大于一总降657, 过流保护动作电
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我们重新对继电器按新的整定值校验, 通过几年来的正常运行表明, 该电炉变保护电流配合、时差配合、保护特性曲线配合恰当, 可以满足供电系统的可靠性, 保证供电网的正常、稳定运行。
2000-09-04收稿
作者简介
男, 1965年出生, 大专, 现从事电气管理工作。
(上接第11页)
在任何情况下都能切除不同类型的故障, 保证系统的稳定供电。
(2) 由于反时限电流保护的动作时间与电流成反比, 有很大的灵活性, 比较适用于工厂企业中的馈线保护。而用定时限电流保护则将延长保护动作时间, 不利于快速切除故障, 在与反时限保护的上下级配合上也难以实现。因此建议在不同的用电负荷和不同的设备上应慎重对待, 考虑问题时应仔细些。
(3) 对于以馈电线路方式供电的电气室由于同电压等级的上下级短路电流难以区分, 因此只能用延时来保证选择性, 故而下级电气室的配电级数不宜太多, 否由将使上级变电所保护动作时间较长, 不利于上级馈电线路中发生故障时快速切除故障, 从
而可能对系统造成影响。
(4) 各电气室的低电压保护动作值高、动作时间短是系统低电压引起负荷跳电的主要原因之一。为避免这一现象建议根据设备的具体情况可考虑适当降低低电压保护的动作值或延长动作时间, 以躲过系统的瞬间电压波动。
(5) 对一期系统的继电器由于运行时间较长, 动作特性有所变化, 动作可靠性下降, 并且有些制造厂已停止生产这类产品, 而无备件可更换。因此对这类继电器应加强维护和定期校验, 必要时进行更新改造, 以保证继电保护的可靠性。
2000-08-21收稿
作者简介
李凯, 男, 1956年出生, 大学, 工程师, 现从事供配电运行管理工作。