电弧光保护在火电厂高压厂用电系统中的应用.pdf

第 3 2卷 第 6期 2 0 1 0年 6月 华 电 技 术 Hu a di a n Te c h n o l o g y Vo I _ 3 2 No ． 6 J u n ． 2 0 1 0 电弧光保护在火 电厂高压厂用电 系统 中的应 用 邹 碹 陕西省 电力设计 院 ， 陕西 西安7 1 0 0 5 4 摘要 介绍 了电弧光保 护装置 的组 成 ， 对火力发 电厂高压厂用 电系统保护 的现状及存 在的不足进行 了分析 ， 以一个典 型的23 0 0 MW火力发电厂工程为例， 讨论了高压厂用电系统电弧光保护装置的设计应用方案， 对 电弧光保护装置的 应用前 景进行 了展望 。 关键 词 电弧光保 护 ； 高压厂用 电系统 ； 应用 中图分类号 T M 6 2 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 0 0 6～ 0 0 6 3 0 2 0 引言 随着我国电网特高压 、 大电网发展的不断深化 ， 对于发 电厂安全 、 可靠运行 的要求不断提高。作 为 电网中的主要电源 ， 火力发电厂的安全可靠性直接 影响电网的安全可靠性 。高压厂用 电系统的安全运 行直接关系到整个 电厂的安全可靠性 ， 因此 ， 高压厂 用 电系统的保护显得至关重要 。 按照我国现行的厂用电和继电保护设计规程规 范， 高压厂用电系统一般不配置专 用的快 速母线保 护 ， 而是由上一级元 件的后备保护 来切除母线短路 故障。此种配置导致故 障切 除时间延长 ， 加 大了设 备 的损害。近年来 ， 随着系统短路 电流的不断增长 ， 由于厂用电系统短路故障切除不及时引起的电弧光 对设备及人员造成伤 害的事故时有发生 ， 为防止该 问题而设计的电弧光保护系统在火 电厂中也有 了应 用 。本文主要从 电弧光保护 的原理 、 构成及其 在火 电厂高压系统应用 的典 型方案 出发 ， 对该保护 系统 的应用进行探讨 。 1 火力发 电厂 高压厂 用 电系统 的保 护现状 根据 G B ／ T 1 4 2 8 5 --2 0 0 6 继 电保护 和安全 自 动装置技术规程和 D L ／ T 5 1 5 3 --2 0 0 2 火力 发电 厂厂用 电设计技术规 定 ， 针对 高压厂用 电源及母 线故障的保护配置一般为 1 相问短路故 障保护 。厂用变压器装设过电 流保护 ， 用于保护变压器及相邻 元件的相间短路 故 障 ， 保护装于变压器 电源侧 ； 在二次侧 3 k V， 6 k V， 1 0 k V 母线断路器上装设 电流 限时速断保护 ， 带时 收稿 日期 2 0 1 0 0 2 0 5 限动作于该分支断路器 。 2 单相接地 故障保护 。3 0 0 MW 机组 高压厂 用 电源多为低 电阻接地系统 ， 其厂用母线和厂用电 源 回路 的单相接地保护 由接于电源变压器中性点的 电阻取得零序电流来实现 ， 保护动作后带时限切除 该 回路断路器。 综上所述 ， 高压厂用母线不配置专用的快速母 线保护 ， 而是 由上一级元 件的后备保护来切除母线 短路故障 ， 故障切除时间延长。 2 电弧危害和 电弧光保 护的原理 2 ． 1电弧造成的危害 高压开关柜内断路器设备发生短路时产生的电 弧使开关柜 内的温度 、 压力迅速上升 ， 从而造成重大 危害。 1 电弧温度极高 ， 由于过热造成母线铜排 、 铝 排熔毁 ， 电缆熔毁 ， 电缆绝缘层着火 ， 严重时引发配 电室或 电缆沟火灾 。 2 压力 、 温度剧增造成开关设备爆炸。 3 碎片飞射 、 高温 、 强光 、 有害气体 、 爆炸音等 造成人员伤害 。 4 由于弧光引起事故扩 大， 会造成更 大面积 的停电和火灾事故 ， 导致停机或全厂停电。 2 ． 2电弧光保护的原理 电弧光保护 系统 主要是基于弧光增量 动作判 据 ， 并辅以电流增量动作判据 ， 当 2个判据均发出跳 闸令时， 动作跳 闸。电弧光保护 系统主要 由 2部分 组成 弧光传感器 和控制保护主单元。弧光传感器 分散布置在高压开关柜内的母线室和断路器室内； 控制保护单元集中布置在 电源柜 内， 采集弧光传感 器 及电流传感器的动作数据 ， 实现控制保护逻辑及 6 4 华 电技 术 第 3 2卷 跳闸输 出。电弧光保护系统 的故障切 除总时间为 8 01 0 0 ms ， 可有效避免设备受 电弧危害而损坏。 2 ． 3电弧光保护的特点 电弧光保护采用弧光作为故障主判据并采用过 电流作为闭锁条件 ， 原理 简单 ， 同时也保证 了可靠 性 。另外 ， 该整套保护系统具有较好 的速动性 ， 可快 速切除高压厂用母 线的短路故障， 防止设备损坏和 人员损伤。由于弧光传感器定值的整定无成熟的规 范依据 ， 因此 ， 该保 护系统需要更多 的运行经验 ， 弧 光传感器的元件质量也直接影响保护系统的性能。 3 电弧光保护 系统 的构成 电弧光保护系统的构成如图 1所示 ， 该系统一 般包含 4个部分。 工作电源进线 备用电源进线 馈线 回路 馈线 同路 图 1 电弧光保护 系统构成示意图 1 控制保护主单元 。主单元包含 电流检测和 控制保护功能 ， 通过分析处理电流检测数据和来 自 弧光传感器的动作信息 ， 在满足跳闸条件时 ， 发跳闸 令切除故 障。主单元 一般具有 断路器失灵保护功 能 ， 在进线断路器不能切除故障时 ， 启动失灵保护逻 辑 ， 跳上一级断路器。此外 ， 主单元还应具有数据传 输 、 故障信息上传 、 就地显示等功能。 2 弧光传感器。弧光传感器分散安装于开关 柜母线室和断路器室 内， 作为光感应元件 ， 应检测在 故障中增强的光强并将光信号转换为电信号传送给 辅助单元。 3 辅助单 元。辅 助单元 分散安 装在 开关柜 内， 收集来 自弧光传感器 的故障动作信息并汇总上 传给 主单 元。每 个 辅助 单元 可 接 人多 个 弧光 传 感器。 4 辅助元件有通信 电缆 等， 主要用于联结以 上 3部分设备 ， 共 同组成完整 的电弧光保护系统。 4 高压厂用电系统电弧光保护典型方案 在典型的 2 3 0 0 M W 火力发 电厂工程中， 每 台 机组设 1台高压厂用工作变压器和 2段高压厂用母 线 。高压厂用工作变压器低压侧采用双分裂绕组 ， 2 个绕组分别接人对应 的高压母线段 ， 高压母线备用 电源引 自全厂公用的启动备用变压器。下面介绍一 种应用于上述工程条件的高压厂用电系统电弧光保 护的典型设计方案。 4 ． 1 主单元的配置 电弧光保护系统及主单元按高压厂用电母线段 配置 ， 即每段高压厂用母线配置 1 套 电弧光保护系 统。在工作电源进线开关柜配置 1台主单元 ， 用于 工作进线的电流检测和整个系统的控制保护； 同时， 在备用电源进线柜配置 l 台电流辅助单元， 用于备 用 电源进 线 的电流检 测 。 4 ． 2 弧光传感器的配置 在每面高压开关柜的母线室和断路器室分别配 置弧光传感器 ， 用于检测开关柜在故障时的增强光 强。也可根据技术经济分析 ， 仅在母线室配置弧光 传感器 。 4 ． 3辅助单元的配置 单台辅助单元可接人多台弧光传感器， 因此 ， 辅 助单元的配置数量根据实际选用的弧光保护装置辅 助单元的接人能力确定。应保证电弧光传感器的接 线距离最短， 8～l 0面开关柜设置 1台辅助单元。 4 ． 4保护跳闸出口 按母线段配置的电弧光保护系统 ， 当弧光判据 和电流判据均满足动作条件时 ， 应发跳 闸令动作 于 该母线段工作电源进线断路器和备用电源进线断路 器跳闸。是否投入断路器失灵功能 ， 需根据系统条 件和电弧光故障情况综合分析确定。 5 结束语 电弧光保护作为一种原理简单 、 速动性好的新型 保护系统 ， 为改善火力发电厂高压厂用电系统母线故 障保护， 减少设备损坏和人员损伤 ， 提供 了一种 良好 的途径。目前 ， 在渭河电厂 23 0 0 M W 工程、 灞桥电 厂2 3 0 0 M W工程等项目的高压厂用电系统中， 电弧 光保护系统已得到了应用， 至今运行情况 良好。今后 的工程项 目中， 电弧光保护系统在火力发电厂厂用电 系统中的应用必将更加广泛， 随着应用实例的不断增 加 ， 其运行整定也将更加完善和成熟。 编辑 刘芳 作者简介 邹碹 1 9 7 7 一 ， 男 ， 黑龙 江哈尔滨人 ， 工 程师 ， 从事发 电 厂 、 变电站电气设计方面的工作。