火電廠直流級(jí)差配合測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)試儀器的輸入端子和電壓采樣端子連接到待測(cè)直流開關(guān)的下口。

(3)測(cè)試儀器正常上電就緒,將待測(cè)斷路器合上,對(duì)回路進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(duì)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(cè)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(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)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(cè)試曲線如圖3所示,結(jié)果滿足級(jí)差配合要求。

針對(duì)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(cè)短路電流及持續(xù)時(shí)間,選用國(guó)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(cè)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(cè)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(cè)試結(jié)果進(jìn)行整改,杜絕越級(jí)跳閘。