CN114336542B - 一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，用于区分发电机及每个厂用分支的区内和区外接地故障，并结合柔性CT、PT、发变组保护及小电流接线选线装置，形成一套创新的全厂接地保护方案，能可靠的判别全厂任意一处接地故障点，通过精确的保护动作，缩小了停电范围，保证了发电机和厂用电能可靠的继续运行。本发明提供的一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，提高供热电厂厂用电系统的供电可靠性，从而提高了供热的可靠性，减少了热用户因供热中断造成的重大损失，也提高了热电厂的经济效益。

Description

一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法

技术领域

本发明涉及一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，属于电力行业发电电气技术领域。

背景技术

发电机接地方式主要有3种：发电机中性点不接地、发电机中性点经高电阻接地、发电机中性点经消弧线圈接地。火力发电厂高压厂用电系统接地方式主要有3种：不接地、经高电阻接地、经低电阻接地。

中性点不接地系统在对地电容电流较小时，允许运行一段时间，供电可靠性有保障，但是一旦电容电流超过允许值，电弧则不能自动熄灭，存在电弧接地过电压和烧伤设备和电缆的风险。中性点经低电阻接地系统，可以直接消除中性点不接地系统的缺点，实现灵敏而有选择性的接地保护，并减少电弧接地过电压的危险。中性点经高阻接地系统，能将接地故障电流限制在一定的水平内，同时，也能抑制暂态过电压。但是，高阻接地系统还是未能解决单相接地时，电弧自熄的问题。在厂用电系统中，电缆较多，一旦电缆发生单相接地，电弧不能及时熄灭，会造成严重的后果。中性点经消弧线圈接地系统，这种接地方式是利用消弧线圈的电感电流来补偿电容电流，使单相接地时的故障电流很小，电弧能自行熄灭，不会伤害到设备，也能带故障运行一段时间，供电可靠性较高。

国内外传统小型机组多采用发电机中性点不接地和厂用电系统不接地运行方式。大中型机组国外多采用发电机中性点经接地变压器高阻接地方式，国内前些年水轮发电机多采用发电机中性点经消弧线圈接地方式，近些年也逐渐过渡到多采用发电机中性点经接地变压器高阻接地方式。大中型机组厂用电多采用经低电阻接地方式。

对于电厂厂用电采用经消弧线圈接地运行方式，DL/T 5153-2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》未有详细描述，国内电厂应用寥寥。随着小型背压机组对外供热的可靠性要求越来越高，电厂厂用电的可靠性要求也随之提高。传统小型纯凝机组由于厂用电系统规模较小，通常选用发电机直配线方案，发电机中性点采用不接地方式。进入21世纪后，新型燃煤热电厂，背压机组机组容量小，锅炉容量大，厂用电系统规模较大。选用发电机直配线方案时，当系统单相对地电容电流大于10A时，若要保证发生单相接地时厂用电能继续运行，发电机及厂用电需采用经消弧线圈接地方案。发生单相接地后采用消弧线圈补偿并不允许长期运行，如何及时准确的判断接地点位置排除故障就显得尤为重要。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，用于区分发电机及每个厂用分支的区内和区外接地故障，并结合柔性CT、PT、发变组保护及小电流接线选线装置，形成一套创新的全厂接地保护方案，能可靠的判别全厂任意一处接地故障点，通过精确的保护动作，缩小了停电范围，保证了发电机和厂用电能可靠的继续运行。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，包括发电机、发电机区外分支、厂用母线、厂用馈线，所述发电机机端设置有CT1、PT1、断路器CB1，发电机区外母线设置在发电机与主变压器之间，发电机区外分支经电抗器与厂用母线相连接，厂母线上连接有厂用馈线，断路器CB1与主变压器之间设置有PT2，厂用母线的进线上设置有CT2、断路器CB2，厂用馈线上设置有断路器CB3，包括如下步骤：

当发电机内部K1处发生接地故障时，在发电机、发电机中性点经消弧线圈均正常运行的工况时，故障点单相接地电容电流小于发电机允许值，由零序电流方向闭锁的基波零序电压定子接地保护告警。在发电机正常运行、发电机中性点经消弧线圈处于检修的工况时，故障点单相接地电容电流超过了发电机允许值，由零序电流方向闭锁的基波零序电压定子接地保护，跳发电机出口断路器CB1、灭磁、关汽门、停机。

当厂用馈线K4处发生接地故障时，在发电机、发电机中性点经消弧线圈均正常运行的工况时，故障点单相接地电容电流小于允许值，由小电流接地选线装置告警。在发电机正常运行、发电机中性点经消弧线圈处于检修的工况，或者发电机因故障或检修退出运行时，由小电流接地选线装置保护动作跳本故障馈线出口断路器CB3。

当厂用母线K3处发生接地故障时，在发电机、发电机中性点经消弧线圈均正常运行的工况时，故障点单相接地电容电流小于允许值，由小电流接地选线装置告警。在发电机正常运行、发电机中性点经消弧线圈处于检修的工况，或者发电机因故障或检修退出运行时，小电流接地选线装置保护动作跳电抗器下侧的出口断路器CB2，同时须闭锁厂用电切换，此保护动作时间需躲过厂用分支的馈线接地保护动作时间。

当发电机区外分支K2处发生接地故障时，在发电机、发电机中性点经消弧线圈均正常运行的工况时，故障点单相接地电容电流小于允许值，由主变低压侧零序电压保护经延时告警。在发电机正常运行、发电机中性点经消弧线圈处于检修的工况，或者发电机因故障或检修退出运行时，流过发电机的单相接地电容电流未超过发电机允许值，但故障点的单相接地电容电流超过了高压厂用电接地电流允许值。由主变低压侧零序电压保护动作于全停，跳断路器CB1、断路器CB2，同时启动厂用电切换，保护动作时间需躲过厂用分支接地保护动作时间和选择性发电机定子接地保护动作时间。

作为优选方案，所述CT1、PT1、PT2采用柔性光学CT及PT。

作为优选方案，基波零序电压定子接地保护动作延时时间整定为t1，t1=1s。

作为优选方案，小电流接线选择装置保护动作延时整定为t2，t2=2s。

作为优选方案，小电流接地选线装置保护动作跳电抗器下侧的出口断路器CB2的动作延时整定为t3=t2+0.5s，t3=2.5s。

作为优选方案，主变低压侧零序电压保护动作于全停，跳断路器CB1、断路器CB2，同时启动厂用电切换的动作延时整定为t4=t3+0.5，t4=3s。

有益效果：本发明提出发电机及厂用电经消弧线圈接地方式下，发生单相接地保护时的保护设计方案。通过设计分区，准确的区别发电机区内外的接地故障，厂用电进线、母线及馈线处的接地故障，将故障精准切除，缩小故障范围，并结合快切等自动化装置的配合动作，保证了厂用电的持续运行。

本发明可以提高供热电厂厂用电系统的供电可靠性，从而提高了供热的可靠性，减少了热用户因供热中断造成的重大损失，也提高了热电厂的经济效益。

附图说明

图1为本发明在发电机及厂用电、主变及厂用电运行方式下的一次接线图。

图2为本发明在启备变运行方式下的一次接线图。

图3为本发明方法的应用场景的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1

山东烟台某工业园区内热电厂一次接线如图1-2所示，50MW抽背汽轮发电机组经一台10/110kV升压变， 110kV电缆线路输送至工业园内部现有110KV总变电所110kV母线段，厂用启动备用电源设一台35/10kV高压启/备变，采用35kV电缆线路引自工业园变电所35kV母线段。

一次系统配置方面：为了提供厂用电的可靠性，发电机故障时不影响厂用电的稳定运行，发电机与主变压器之间装设发电机出口断路器。由于热电厂往外供热用锅炉容量大，厂用电系统规模较大，经计算厂用电系统电容电流总计28A，加上发电机等设备本身的电容电流，整个系统的电容电流约32A。根据规范及发电机厂资料，发电机最大允许接地电流为3A，故只能选择消弧线圈接地或高阻接地。由于热电厂供热可靠性要求高，故该热电厂发电机中性点处装设消弧线圈接地。每台锅炉设置2段10kV高压厂用母线，不设高厂变，为限制短路电流在高压厂用分支分别设置高压厂用限流电抗器，高压厂用电源分支支接在主变的低压侧。高压启/备变低压侧设10kV备用段，提供全厂启动备用电源。

二次系统配置方面，在发电机机端、主变低压侧和10kV母线段均装设独立的电压互感器PT，在发电机出口装设柔性光学CT，在10kV母线段的每个进线和馈线上均装设零序CT。装设互相独立的发电机保护装置和主变保护装置用于保护发电机和主变，柔性光学CT1和PT1接入发电机保护装置，PT2接入主变保护装置。每段10kV厂用母线设置一套小电流接地选线装置用于厂用电的接地保护，进线回路零序CT2、每个馈线回路零序CT3及每段厂用母线PT3接入小电流接地选线装置。每段10kV厂用母线设置一套微机型厂用电源快速切换装置用于厂用电事故切换。

用于发电机中性点经消弧线圈接地方式的热电厂一般需要实现以下工况的保护：

（1）发电机、发电机中性点经消弧线圈均正常运行的工况，发电机给厂用电提供电源，热电厂正常供热及发电。

（2）发电机正常运行、发电机中性点经消弧线圈处于检修的工况，发电机给厂用电提供电源，热电厂正常供热及发电。

（3）发电机因故障或检修退出运行，由主变给厂用电提供电源，热电厂正常供热但不发电。

上述的工况（1），当发生单相接地故障时，可带故障继续运行。但由于发电机中性点经消弧线圈投入，当发生单相接地故障的状态下，消弧线圈将在零序电压作用下产生感性电流，感性电流将对单相接地的电容电流起补偿作用，限制单相接地电流在发电机定子绕组单相接地故障电流允许值以内。由于补偿后单相接地电流在3A以内，故在发电机机端装设高灵敏度的柔性光学CT，保证了零序电流的准确性。同时选用了综合暂态比相法选线、暂态功率方向法选线、暂态比幅法选线等多方法的小电流接地选线装置，能准确的判断消弧线圈接地系统单相接地选线，保证了选线的准确性。

1）在发电机出口装设柔性光学CT及PT，配合发电机保护装置区分发电机区内区外接地故障。

2）在高压厂用电源进线柜及每个馈线柜内装设穿心式零序CT，在高压厂用电母线处装设PT，配合小电流接地选线装置区分是何处馈线接地故障还是母线接地故障。

3）通过主变保护装置跟发电机保护装置、小电流接地选线装置的延时整定配合，鉴别出发电机出口至厂用电进线柜区间内发生了接地故障。

当消弧线圈投入运行时，发生接地故障仅报警，通过人工排除故障；当消弧线圈退出运行时，发生接地故障需保护跳闸，并根据故障情况启动或闭锁厂用电切换。消弧线圈投入、退出状态的区分通过将消弧线圈隔离开关的辅助接点位置送至发电机保护装置、小电流接地选线装置和主变保护装置来实现，发电机保护装置、小电流接地选线装置和主变保护装置厂家研发人员根据此要求修改程序逻辑。

现结合工况（1）、（2）、（3）与图3，本发明保护逻辑配合方案实施如下：

1）当发电机内部K1处发生接地故障时，通过发电机保护装置采集发电机机端PT1的零序电压及发电机出口柔性光学CT1的零序电流。当工况（1）时，故障点单相接地电容电流小于发电机允许值，由零序电流方向闭锁的基波零序电压定子接地保护告警，可通过人工排除故障。当工况（2）时，故障点单相接地电容电流超过了发电机允许值，由零序电流方向闭锁的基波零序电压定子接地保护跳发电机出口断路器CB1、灭磁、关汽门、停机等。基波零序电压定子接地保护动作延时时间可整定为t1，建议t1=1s。发电机保护装置程序需开发内容：发电机保护中须增加基于柔性光学CT的选择性定子接地保护功能，其中零序电压取自图1中PT1，零序电流取自CT1（柔性光学CT）。需要说明的是此时高压厂用电源通过主变倒送取得，保证停机不停炉，保证热电厂供热的可靠性。

2）当厂用馈线K4处发生接地故障时，由小电流接地选线装置采集厂用电母线PT3的电压及CT2和各馈线CT3的零序电流。此时CT3的零序电流值最大（消弧线圈投入时，电流暂态幅值最大且暂态相位不同于非故障线路；消弧线圈未投入时，电流稳态幅值最大），当工况（1）时，故障点单相接地电容电流小于允许值，由小电流接地选线装置告警，可通过人工排除故障。当工况（2）、（3）时，由小电流接地选线装置保护动作跳本故障馈线出口断路器CB3。小电流接线选择装置保护动作延时可整定为t2，建议t2=2s。需要说明的是此时仅影响一个供电回路，可保证机炉的正常运行，保证热电厂供热的可靠性。

3）当厂用母线K3处发生接地故障时，由小电流接地选线装置采集厂用电母线PT3的电压及CT2和各馈线CT3的零序电流。此时所有零序CT极性均由母线指向线路，当工况（1）时，故障点单相接地电容电流小于允许值，由小电流接地选线装置告警，可通过人工排除故障。当工况（2）、（3）时，小电流接地选线装置保护动作跳电抗器下侧的出口断路器CB2，同时须闭锁厂用电切换，此保护动作时间需躲过厂用分支的馈线接地保护动作时间。级差取0.5s，建议整定t3=t2+0.5=2+0.5=2.5s。需要说明的是此时切除故障后可不停机，若锅炉工艺配置是双套辅机的话，炉也可以不停，保证热电厂供热的可靠性。

4）当发电机区外K2处发生接地故障时，由主变压器保护装置采集主变低压侧PT2的零序电压。当工况（1）时，故障点单相接地电容电流小于允许值，由主变低压侧（不经方向）零序电压保护经延时告警，可通过人工排除故障。当工况（2）、（3）时，此时流过发电机的单相接地电容电流为其自身提供，未超过发电机允许值，但故障点的单相接地电容电流超过了高压厂用电接地电流允许值。由主变低压侧（不经方向）零序电压保护动作于全停，跳CB1、CB2，同时启动厂用电切换，此保护动作时间需躲过厂用分支接地保护动作时间和选择性发电机定子接地保护动作时间，建议此保护动作时间取t4=t3+0.5=3s。主变保护装置程序需开发内容：变压器保护中须增加主变低压侧零序电压保护功能，可动作于跳闸全停，其中零序电压取自图1中PT2。需要说明的是此时高压厂用电源通过快切装置动作由启备变取得，保证停机不停炉，保证热电厂供热的可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，包括发电机、发电机区外分支、厂用母线、厂用馈线，所述发电机机端设置有CT1、PT1、断路器CB1，发电机区外分支设置在发电机与主变压器之间，发电机区外分支经电抗器与厂用母线相连接，厂用母线上连接有厂用馈线，断路器CB1与主变压器之间设置有PT2，厂用母线的进线上设置有CT2、断路器CB2，厂用馈线上设置有断路器CB3，其特征在于：包括如下步骤：

当发电机内部K1处发生接地故障时，在发电机、发电机中性点经消弧线圈均正常运行的工况时，故障点单相接地电容电流小于发电机允许值，由零序电流方向闭锁的基波零序电压定子接地保护告警；在发电机正常运行、发电机中性点经消弧线圈处于检修的工况时，故障点单相接地电容电流超过了发电机允许值，由零序电流方向闭锁的基波零序电压定子接地保护，跳发电机出口断路器CB1、灭磁、关汽门、停机；

当厂用馈线K4处发生接地故障时，在发电机、发电机中性点经消弧线圈均正常运行的工况时，故障点单相接地电容电流小于允许值，由小电流接地选线装置告警；在发电机正常运行、发电机中性点经消弧线圈处于检修的工况，或者发电机因故障或检修退出运行时，由小电流接地选线装置保护动作跳本故障馈线出口断路器CB3；

当厂用母线K3处发生接地故障时，在发电机、发电机中性点经消弧线圈均正常运行的工况时，故障点单相接地电容电流小于允许值，由小电流接地选线装置告警；在发电机正常运行、发电机中性点经消弧线圈处于检修的工况，或者发电机因故障或检修退出运行时，小电流接地选线装置保护动作跳电抗器下侧的出口断路器CB2，同时须闭锁厂用电切换，此保护动作时间需躲过厂用分支的馈线接地保护动作时间；

当发电机区外分支K2处发生接地故障时，在发电机、发电机中性点经消弧线圈均正常运行的工况时，故障点单相接地电容电流小于允许值，由主变低压侧零序电压保护经延时告警；在发电机正常运行、发电机中性点经消弧线圈处于检修的工况，或者发电机因故障或检修退出运行时，流过发电机的单相接地电容电流未超过发电机允许值，但故障点的单相接地电容电流超过了高压厂用电接地电流允许值；由主变低压侧零序电压保护动作于全停，跳断路器CB1、断路器CB2，同时启动厂用电切换，保护动作时间需躲过厂用分支接地保护动作时间和选择性发电机定子接地保护动作时间。

2.根据权利要求1所述的一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，其特征在于：所述CT1、PT1、PT2采用柔性光学CT及PT。

3.根据权利要求1所述的一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，其特征在于：基波零序电压定子接地保护动作延时时间整定为t1，t1=1s。

4.根据权利要求1所述的一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，其特征在于：小电流接线选择装置保护动作延时整定为t2，t2=2s。

5.根据权利要求4所述的一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，其特征在于：小电流接地选线装置保护动作跳电抗器下侧的出口断路器CB2的动作延时整定为t3=t2+0.5s，t3=2.5s。

6.根据权利要求5所述的一种用于热电厂精准分区的发电机及厂用电接地保护方法，其特征在于：主变低压侧零序电压保护动作于全停，跳断路器CB1、断路器CB2，同时启动厂用电切换的动作延时整定为t4=t3+0.5，t4=3s。