化工企业电气继电保护配置方案

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随着社会经济的不断发展和科学技术的不断进步,我国的化工企业的规模越来越大,这使得用电的需求越来越大,同时也对用电安全提出了更大的挑战。化工电气的继电保护是一个复杂的系统性工程,其正常的运行受到多种因素的影响,因而在实际的运行过程中存在着很多的问题[1]。为了使化工企业的用电安全得到有效的保证,我们必须要加强科学技术的研究和创新,明确继电保护的基本含义及主要任务,提出合理的化工电气继电保护方案,只有这样才能有效保证化工企业供电系统的安全。

1山西天脊煤化工集团及电力系统简介

山西天脊煤化工集团股份有限公司(以下简称天脊集团)是20世纪80年代初建设的我国第一个以煤为原料生产高效复合肥的大型企业,经过30年的发展,公司的产能及产品种类已发生了很大的变化,现在合成氨产量已达年产45万吨,硝酸年产108万吨,硝铵年产40万吨,苯胺年产26万吨,目前已形成以硝酸磷肥为主,集有机化工、煤炭深加工、精细化工等为一体,多产品、跨地域的大型煤化工集团。天脊集团电力系统通过闫化线(14.83km)和潞化线(12.572km)两条110kV架空线路与山西长治电网相连接。总降压站设置3台主变压器,分别为1#主变40MVA、2#主变37.5MVA、3#主变37.5MVA,两台6KV热电联产发电机组(余热发电)分别为1#发电机16MW,2#发电机30MW。

2继电保护的基本含义及主要任务

2.1基本含义

继电保护是指当电力供应系统的某些设备和元件发生了故障时,自动将发生故障的设备从电力系统中切除,同时发出警报信号,将相关的故障控制在最小范围内,避免其他设备受到不良的影响[2]。因此,继电保护系统是电力供应系统的重要组成部分,它对于整个电力供应系统的安全与稳定发挥着不可或缺的重要作用,随着电力系统的日趋扩大和复杂,对继电保护系统的要求越来越高。

2.2主要任务

继电保护的主要任务大致可以归结为以下几点。首先,继电保护系统可以将发生故障的设备在最短的时间内从电力系统中切除,使其他的电力设备免受损害,从而保证没发生故障的电力系统能够正常运转。其次,继电保护装置还可以在电力系统发生故障时及时发出报警信号,以便迅速处理故障,尽快恢复供电。

3化工企业电气继电保护的装设原则-以天脊集团电力系统为例

天脊集团110kV系统及6kV系统正常运行方式为:总降110kV母线为单母分段并列运行,潞化线供电,闫化线热备;2#主变压器与1#发电机并列运行;3#主变压器与2#发电机并列运行;1#主变压器独立运行。6kV系统:01#变电所、02#变电所、22#变电所6kV母线为单母分段并列运行。01#变电所与02#变电所联络线热备(即621开关在运行状态,611开关热备状态)。04#变电所的运行方式为:1#主变通过601－6012开关带04#变II段负荷,01#变－04#变联络线带04#变I段负荷,6011开关在热备状态。其具体的电力系统主接线如图1所示。具体来说,天脊集团电力系统的110kV闫化线和潞化线线路采用西门子原装进口7SA610距离保护,110kV水I线和水II线采用西门子原装进口7SJ62距离保护,主变差动保护采用西门子原装进口7UT61,主变后备保护采用南京南瑞NSP772,主变非电量保护采用南京南瑞NSP10,6kV发电机差动保护采用西门子原装进口7UM62,6kV高压电动机保护采用南京南瑞NSP783,6kV变压器保护采用南京南瑞NSP784,6kV线路保护采用南京南瑞NSP788。

3.16kV/400V配电变压器保护装设原则

依照DL400-91《中华人民共和国行业标准继电保护和安全自动装置技术规程》的有关规定,首先,6kV/400V变压器容量在400kVA以上时,需要装设瓦斯保护;容量在400kVA以下时,不需装设瓦斯保护。其次,变压器容量在2000kVA以下时,装设电流速断保护;当速断保护灵敏度不够时,需要验证保护在主要运行方式下的灵敏度,如果仍然不满足要求,可考虑不设该段保护。第三,变压器应装设过电流保护,当过电流保护灵敏度不够时,改装低电压启动的过电流保护。第四,由于6kV侧系统中性点采用小电阻接地方式,故变压器应装设两段式零序过电流保护。最后,变压器容量在400kVA以上时,应装设过负荷保护。

3.26kV侧电动机保护装设原则

依照DL400-91《中华人民共和国行业标准继电保护和安全自动装置技术规程》的有关规定,首先,6kV电动机(包括同步电机和异步电机)应装设相间短路保护。容量在2000kW以下时,装设瞬时电流速断保护;容量在2000kW以上时,装设纵联差动保护。其次,6kV异步电动机装设过负荷保护;6kV同步电动机装设反应定子过负荷的失步保护。第三,同变压器保护一样,6kV电动机装设两段式零序过电流保护作为系统的接地保护。最后,根据运行经验,同步电动机需要装设低电压保护。

3.36kV侧线路保护装设原则

依照DL400-91《中华人民共和国行业标准继电保护和安全自动装置技术规程》的有关规定,首先,6kV侧线路为防止相间短路故障,装设延时电流速断保护。其次,6kV侧线路后备保护应装设过电流保护;当灵敏度不够时,改装低电压起动的过电流保护。最后,同变压器保护一样,6kV侧线路装设两段式零序过流保护作为系统的单相接地保护。

3.46kV侧母线及母联保护装设原则

依照DL400-91《中华人民共和国行业标准继电保护和安全自动装置技术规程》的有关规定,首先,6kV侧母线(01＃、02＃和04＃变电所母线除外)的保护可利用上级线路的保护来实现。其次,母联断路器的保护应与母线及母线上的元件保护综合考虑。一般来说,如果母线装设了母线保护(包括用电源回路的保护实现的母线保护或专用母线保护方式),则无需另外装设母联断路器保护,可利用供电线路保护的第一段时限动作于母联断路器跳闸。第三,对于01＃、02＃和04＃变电所母线,应装设延时电流速断保护和过电流保护,当过流保护灵敏度不够时,改装低电压起动的过电流保护;另外,为反应1＃～4＃主变压器低压侧电缆的单相接地故障,应装设两段式零序过流保护。最后,由于01＃、02＃变电所母线为双侧电源供电,为防止110kV侧母线短路时主变低压侧母线开关误动作,其延时速断保护需装设功率方向元件,方向为上级线路指向变电所母线。

4典型线路分支系统保护方案分析

6kV侧电网中,01＃变、02＃变、04＃变I母、04＃变II母为四个相对独立的系统。其中01＃变和02＃变为双电源供电(发电机和主变压器),线路级数最多为两级;04＃变I母、04＃变II母为单电源供电(主变压器),线路级数最多为三级。基于以上所述以及天脊集团所提供的资料中有关1＃～4＃主变压器高低压侧后备保护的定值,可拟定出如下三套线路保护方案。

4.1方案

对于04＃变I母、04＃变II母两个系统,主变压器低压侧I段保护的动作时限为0.8s,为实现下级线路与之相配合,若为三级线路,则第一级线路及其末端的母线开关I段保护动作时限定为0.5s,第二级线路及其末端的母线开关I段保护动作时限定为0.2s,第三级线路(编织袋厂母线馈出线)I段保护动作时限定为0s;若为两级线路,第一级线路I段保护动作时限定为0.5s,其末端的母线开关I段保护动作时限定为0.2s,同时一次动作值上也要与上级线路形成配合,第二级线路(母线馈出线)I段保护动作时限定为0s。对于01＃、02＃两个系统,主变压器低压侧I段保护的动作时限为1.0s,母联开关I段保护的动作时限为0.5s,故第一级线路及其末端的母线开关I段保护动作时限定为0.2s,第二级线路(母线馈出线)I段保护动作时限定为0s。此方案由于对线路和母线均实施了保护,提高了电网运行的安全性和可靠性。但由于系统线路级数多,为形成时限上的配合,整定中很难保证保护之间的时限级差,故方案中三级线路的首末端开关动作时限相同,最末级线路与次末级之间的时限级差仅为0.2s(0.2s在规定上不能成为一个独立级差),这无疑会增加保护误动的可能性,扩大停电范围。

4.2方案

考虑到三级线路中的编织袋厂I、II段母线所带设备不多,为了能使三级线路中的第一级线路首末端开关保护形成配合,故牺牲编织袋厂设备故障时上级线路保护的选择性,即第二级线路I段保护动作时限定为0s,线路末端的母线开关可不设保护;第一级线路I段保护动作时限定为0.5s,其末端的母线开关I段保护动作时限定为0.2s,同时一次动作值上也要与上级线路形成配合。其余的线路保护同方案I。显然,此方案实现了三级线路的首末端开关之间的保护配合,但这是以牺牲末级线路的选择性为代价的,这势必会造成保护误动,从而扩大停电范围。

4.3方案

由于6kV侧系统从01＃、02＃和04＃母线以下均为单电源辐射状电网,规定中可以无需装设母线保护。因此,对于04＃变I母、04＃变II母两个系统,若为三级线路,则第一级线路I段保护动作时限定为0.5s,第二级线路I段保护动作时限定为0.2s,第三级线路(编织袋厂母线馈出线)I段保护动作时限定为0s;若为两级线路,第一级线路I段保护动作时限定为0.5s,第二级线路(母线馈出线)I段保护动作时限定为0s。对于01＃、02＃两个系统,第一级线路I段保护动作时限定为0.2s,第二级线路(母线馈出线)I段保护动作时限定为0s。相比较而言,由于未装设母线保护,此方案是最简单且经济的,但其问题就是降低了电网运行的安全性,若运行中母线发生故障,会破坏系统稳定,扩大事故范围。

5结语

综上所述,随着社会经济的不断发展和科学技术的不断进步,我国的化工企业的规模越来越大,这使得用电的需求越来越大,同时也对用电安全提出了更大的挑战。继电保护系统是电力供应系统的重要组成部分,它对于整个电力供应系统的安全与稳定发挥着不可或缺的重要作用。因此我们要明确继电保护的基本含义及主要任务,掌握继电保护的装设原则,分析和研究典型系统保护方案,努力提高继电保护的水平,保证化工企业电力供应系统的安全与稳定。

作者:刘飞 单位:山西省潞城市天脊集团