火電廠直流級(jí)差配合測試及優(yōu)化分析

引言

直流電源系統(tǒng)在電力系統(tǒng)特別是火電廠內(nèi)部具有重要的地位,是繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、UPs系統(tǒng)和事故保安負(fù)荷等重要設(shè)備的工作與保障電源。

直流電源系統(tǒng)一般由蓄電池組、交流進(jìn)線柜、高頻充電模塊、直流饋線柜、直流聯(lián)絡(luò)柜以及監(jiān)控系統(tǒng)、絕緣監(jiān)察裝置、輔助指示儀表等構(gòu)成。交流電源由廠用380V保安段供電,經(jīng)高頻充電模塊連接至相應(yīng)直流母線,蓄電池組直接向母線供電。直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),輸入的交流電源經(jīng)高頻充電模塊整流后向直流母線供電,同時(shí)對蓄電池組進(jìn)行充電,直流母線通過直流饋線開關(guān)采用集中輻射形式或分層輻射形式向各路負(fù)載供電。

當(dāng)采用分層輻射型拓?fù)鋾r(shí),負(fù)載支路具有多級(jí)斷路器或熔斷器,若選擇性配合不當(dāng),在直流供電回路發(fā)生短路時(shí),將導(dǎo)致上級(jí)斷路器越級(jí)跳閘,被切斷供電范圍擴(kuò)大,引起重要設(shè)備或裝置失去工作電源,嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1直流斷路器級(jí)差配合試驗(yàn)?zāi)康募胺椒?

1.1測試目的

在火電廠部分直流操作電源供電網(wǎng)絡(luò)中,從電源引出至最末級(jí)負(fù)載一般有2~3級(jí)斷路器,文獻(xiàn)中要求"各級(jí)斷路器的保護(hù)動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間應(yīng)滿足上、下級(jí)選擇性配合要求,且應(yīng)有足夠的靈敏系數(shù)"。與交流供電網(wǎng)絡(luò)中對于繼電保護(hù)的運(yùn)行要求相似,同樣要求上、下級(jí)直流斷路具有選擇性及靈敏性。

文獻(xiàn)明確要求"新建或改造的發(fā)電機(jī)組、變電站、發(fā)電廠升壓站的直流電源系統(tǒng),應(yīng)進(jìn)行直流斷路器的級(jí)差配合試驗(yàn)"?？梢酝ㄟ^模擬饋線分支末端短路,測試各級(jí)直流斷路器的保護(hù)動(dòng)作特性,驗(yàn)證在直流系統(tǒng)故障時(shí)斷路器是否有選擇性配合關(guān)系。

1.2測試方法

級(jí)差配合試驗(yàn)的原理和方法主要如下:

(1)直流充電模塊及蓄電池組正常向直流母線供電,斷開末級(jí)直流負(fù)載,末級(jí)負(fù)載開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。

(2)分別用正、負(fù)連接電纜和電壓采樣線將測試儀器的輸入端子和電壓采樣端子連接到待測直流開關(guān)的下口。

(3)測試儀器正常上電就緒,將待測斷路器合上,對回路進(jìn)行測試,并錄取短路電流波形數(shù)據(jù),計(jì)算弧前持續(xù)時(shí)間、滅弧時(shí)間、短路電流峰值等,判斷直流斷路器實(shí)際動(dòng)作特性是否滿足要求。

(4)觀察上、下級(jí)斷路器動(dòng)作情況,僅被測斷路器脫扣,上級(jí)斷路器不應(yīng)脫扣跳閘。

(5)試驗(yàn)完畢,恢復(fù)正常接線和運(yùn)行方式。

2直流斷路器的級(jí)差配合試驗(yàn)

下面為某火電廠主廠房控制直流系統(tǒng)斷路器級(jí)差配合試驗(yàn)的情況,該控制直流系統(tǒng)電壓等級(jí)為220V,配置104只型號(hào)為GFM-1500、2V、1500Ah的閥控式密封鉛酸蓄電池。

2.1試驗(yàn)內(nèi)容

本次試驗(yàn)選取了5路直流斷路器典型配置進(jìn)行測試:

(1)6kV2C漿液循環(huán)泵開關(guān):

(2)6kV2B漿液循環(huán)泵開關(guān):

(3)#2發(fā)變組保護(hù)B屏:

(4)380V鍋爐PC2B段6號(hào)柜:

(5)380V鍋爐PC2A段6號(hào)柜。

2.2試驗(yàn)結(jié)果

(1)6kV2C漿液循環(huán)泵開關(guān)試驗(yàn),本回路直流開關(guān)配置參數(shù)如表1所示,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

(2)6kV2B漿液循環(huán)泵開關(guān)試驗(yàn),本回路直流開關(guān)配置參數(shù)如表3所示,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

(3)#2發(fā)變組保護(hù)B屏試驗(yàn),本回路直流開關(guān)配置參數(shù)如表5所示,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示。

(4)380V鍋爐PC2B段6號(hào)柜試驗(yàn),本回路直流開關(guān)配置參數(shù)如表7所示,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表8所示。

(5)380V鍋爐PC2A段6號(hào)柜試驗(yàn),本回路直流開關(guān)配置參數(shù)如表9所示,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表10所示。

3分析與整改措施

針對某火電廠主廠房控制直流系統(tǒng)中的典型直流斷路器級(jí)差配合試驗(yàn),對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,可以得出如下結(jié)論:

(1)6kV負(fù)荷開關(guān)位于汽機(jī)側(cè)6.3m配電間,末級(jí)直流開關(guān)額定電流6A,直流饋線屏位于鍋爐側(cè)0m直流室,第一級(jí)直流開關(guān)32A。通過6kV兩個(gè)開關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分析得到,本級(jí)斷路器出口處實(shí)際短路時(shí)短路電流為437.3~449.2A,達(dá)到斷路器額定電流的13.6~14倍,整個(gè)短路持續(xù)時(shí)間為3.11~3.21ms,短路電流達(dá)到第一級(jí)斷路器短路瞬時(shí)動(dòng)作值,越級(jí)跳閘。短路電流測試曲線如圖1所示,結(jié)果不滿足級(jí)差配合要求。

(2)#2發(fā)變組保護(hù)B屏位于鍋爐側(cè)12.6m電子間,末級(jí)直流開關(guān)額定電流6A,直流饋線屏位于鍋爐側(cè)0m直流室,第一級(jí)直流開關(guān)32A。直流電纜長度較短,電流線徑選項(xiàng)偏大,本級(jí)斷路器出口處實(shí)際短路1187.9A,達(dá)到斷路器額定電流的37倍,整個(gè)短路持續(xù)時(shí)間2.43ms,短路電流達(dá)到第一級(jí)斷路器短路瞬時(shí)動(dòng)作值,越級(jí)跳閘。短路電流測試曲線如圖2所示,結(jié)果不滿足級(jí)差配合要求。

(3)380V鍋爐PC2B段位于鍋爐側(cè)6.3m配電間,末級(jí)直流開關(guān)額定電流6A,直流饋線屏位于鍋爐側(cè)0m直流室,第一級(jí)直流開關(guān)32A、40A。直流電纜長度較短,本級(jí)斷路器出口處實(shí)際短路649.2~701.6A,達(dá)到斷路器額定電流的20~17.5倍,整個(gè)短路持續(xù)時(shí)間2.16~2.5ms。短路電流達(dá)到32A第一級(jí)斷路器短路瞬時(shí)動(dòng)作值,越級(jí)跳閘,結(jié)果不滿足級(jí)差配合要求:短路電流未達(dá)到40A第一級(jí)斷路器短路瞬時(shí)動(dòng)作值,未越級(jí)跳閘。短路電流測試曲線如圖3所示,結(jié)果滿足級(jí)差配合要求。

針對上述結(jié)論及出現(xiàn)的問題,提出以下整改措施:

(1)將220V饋線屏至6kV及380VPC段直流斷路器額定電流增加一個(gè)級(jí)差(40A)。

(2)在電子間增加直流分屏,各保護(hù)屏采用輻射式供電,220V直流饋線屏斷路器額定電流增加一個(gè)級(jí)差(40A)。

(3)結(jié)合實(shí)測短路電流及持續(xù)時(shí)間,選用國產(chǎn)GM5B-40H40A型直流斷路器,該斷路器短路試驗(yàn)電流1200A,7ms不脫扣,理論值可滿足級(jí)差配合需求。

電廠采購上述型號(hào)直流斷路器進(jìn)行改造后,重新進(jìn)行級(jí)差配合測試未發(fā)生越級(jí)跳閘。

4火電廠直流電源系統(tǒng)直流斷路器配置常見問題及建議

本次試驗(yàn)選取了典型的幾種直流級(jí)差配合類別,通過模擬短路電流測試斷路器的動(dòng)作特性,總結(jié)了一些火電廠直流系統(tǒng)中的常見問題,提出建議如下:

(1)早期電廠設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮直流級(jí)差配合問題,往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選型,部分廠用直流電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不滿足級(jí)差要求,須進(jìn)行更正與重新配置。本文中直流系統(tǒng)電壓為220V,短路電流較110V直流系統(tǒng)理論值大一倍,短路電流容易達(dá)到第一級(jí)開關(guān)的短路瞬時(shí)動(dòng)作值,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選型容易發(fā)生越級(jí)跳閘問題。建議結(jié)合級(jí)差配合試驗(yàn)結(jié)果及直流斷路器短路保護(hù)特性曲線重新選型。

(2)380VPC段、6kV段廠用直流末級(jí)斷路器誤配為交流斷路器,該類問題主要集中在380V段,部分開關(guān)柜廠家未按要求配置。建議全面排查后更換為直流斷路器。

(3)發(fā)變組及線路保護(hù)未按照反措要求采用輻射式供電,仍沿用直流屏頂小母線供電,級(jí)差不滿足要求時(shí)越級(jí)跳閘會(huì)造成所有保護(hù)失電。建議按照反措要求,增加直流分屏,改造為輻射式供電。

5結(jié)語

火電廠中直流電源系統(tǒng)具有重要的地位,特別是控制直流系統(tǒng),是保護(hù)裝置安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。因此,必須提升直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性,從設(shè)計(jì)階段做好直流系統(tǒng)的級(jí)差配置,并通過級(jí)差試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行整改,杜絕越級(jí)跳閘。