大型火电厂厂用电系统若干问题的探讨

摘要：结合某些大型火力发电厂厂用电系统中出现的问题，对厂用电系统中的一些问题进行了分析，探讨厂用电系统中辅机工作电源分布对机组运行的影响，提出了厂用电系统保护配置、设备选型、辅机控制电源等方面应注意的问题。

关键词：电源分布；零序保护；F-C回路；整定计算；设备选型

作者简介：程琪（1979-），女，安徽安庆人，安徽安庆皖江发电有限公司设备部，助理工程师。（安徽 安庆 246008）

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）20-0223-02

现代大型火力发电厂的单机容量大，辅机数量多，辅机的安全运行直接影响到机组的安全运行。作为辅机供电电源的厂用电系统承担着重要的责任，厂用电系统设计、厂用电系统继电保护的整定、设备选型、辅机控制对机组的安全稳定运行至关重要。

一、辅机电源及控制

1.辅机电源分布

2005年某厂 300MW机组曾发生过某6kV公用段三相短路，造成机组跳闸事件。三相短路的6kV公用段由运行机组的某6kV工作段供电。短路发生后，两母线段联络开关的过流保护正确动作切除故障母线后机组仍然跳闸。2010年某厂 600MW机组发生高压工作母线上的一台循环水泵电机三相短路，循环水泵电机继电保护正确动作切除故障，但机组仍然跳闸。两起停机事件最终检查发现与辅机电源的分布不合理密切相关。第一起母线短路时，由该工作母线通过低压工作变压器供电的低压母线失电，造成由该母线供电的给煤机失电，由于有工艺联锁要求的磨煤机和给煤机的工作电源没有对应，最终造成锅炉全燃料中断机组非停。第二起循环水泵三相短路造成母线及由该高压母线供电的低压母线电压瞬间下降，由于空预器主电机电源分布不合理，造成两台空气预热器主电机电源的接触器失电释放，由于空预器辅助电机自投时间与空气预热器全停锅炉MFT设置时间不匹配造成空预器辅助电机没来得及自投锅炉已MFT。

现代大型火力发电厂每台机组的厂用电系统一般根据机组容量不同均设有两个或两个以上的电压等级，如6kV、0.4kV或10kV、3kV、0.4kV。一般每台机组的高压工作厂用母线应不少于两段，相同功能的辅机有两台及以上时应分接在两段母线上；每台机组的低压厂用母线应不少于两段，也将双套的辅机分接在两段母线上，高压公用辅机分接在高压公用母线段上。

DL/T 5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》规定：工艺上有联锁要求的I类高低压电机应接于同一电源通道上。如直吹式锅炉的给煤机与磨煤机应一一对应，工作时需要辅助电源的辅机，其辅助电源也应与主电源从同一电源通道上取得，如引风机、送风机电机电源和其油泵电机电源；空压机主电源与其工作时需要的辅助电源。发生以上停机事件的两厂，厂用电设计时均没有严格执行此规定。

2.低压辅机二次回路控制电源

火电厂中许多低压辅机使用交流电源控制，操作电器为交流接触器的供电回路，当母线上某负载回路发生短路或为该母线供电的变压器高压侧系统中发生短路时，该母线电压下降。一般负载的速断保护动作加上开关跳闸时间约100ms，交流低压辅机的交流控制电源电压下降将会造成接触器释放，影响到机组的安全运行。

某些电厂为防止某些重要低压辅机在母线电压下降时跳闸，使用UPS电源作为一些低压辅机控制电源，如锅炉空气预热器主、辅电机，真空泵，EH油泵、油泵，定子冷却水泵等。以锅炉空气预热器主电机为例，使用UPS电源作为控制电源后，母线失压时接触器不会释放，DCS将会判断锅炉空气预热器主电机在运行状态，辅助电机将无法投入，此种情况下必须装设母线低电压保护。笔者认为应使用UPS作为控制电源解决因其他设备故障造成接触器释放的问题，但当本母线故障或为母线供电的回路出现故障切除后，将降低辅机自投的可靠性。低压辅机使用本母线的电源作为交流电源控制还是选择UPS作为控制电源应综合考虑各自单位设备运行可靠性后确定。

二、厂用电系统继电保护

1.接地保护电流互感器与电缆的配合

高压厂用电系统的接地保护一般使用独立的电流互感器，动力电缆穿过该电流互感器，动力电缆的终端头位于电流互感器的上部，此种情况下电缆接地线必须从电流互感器回穿，消除电缆金属屏蔽层的电流。在现场安装使用中，由于电缆终端头、开关柜安装空间等问题，一些电流互感器安装在电缆头的上部，动力电缆终端头位于电流互感器的下部，现场安装时往往因为安装人员的疏忽、安装习惯、对接地线穿越的理解等原因，也将接地线穿越电流互感器，此种情况下动力电缆的接地线不得穿过电流互感器，安装时必须加以注意，否则将会造成接地保护拒动。

2.真空接触器—熔断器应用实例

真空接触器—熔断器组合电器（F-C）在电厂中获得了广泛的应用。F-C回路中接触器的额定开断电流一般远小于熔断器。以某型号真空接触器为例，其额定开断电流为3.2kA，当短路电流超过此电流时，应由熔断器熔断断开回路，而非由接触器跳闸断开回路。

电动机电流速断保护按躲过电动机的启动电流整定，综合保护装置电流达到速断值后便会立即动作。但对于F-C回路的短路故障，故障电流可能已超过接触器的额定开断电流，为此在整定时，如综合保护装置需配置电流闭锁功能，故障电流超过接触器的额定开断电流时必须闭锁速断保护；否则，此类速断保护应改为限时速断保护，其动作时间必须与熔断器的熔断时间配合，即限时速断保护的延时必须比整定电流下熔丝熔断时间大一个级差，这样才能保证短路电流大于接触器的额定开断时由熔断器切除故障电流。同样，电动机过负荷保护必须与熔断器的安秒特性曲线配合，反时限过负荷曲线在电流大于接触器的额定开断电流时必须在熔断器安秒特性曲线右侧，即电流大于接触器的额定开断电流时必须由熔断器先熔断切除回路。电动机综合保护的动作时间与熔断器安秒特性配合时，必须考虑熔断器熔断时间的离散性，时间级差应比一般的时间级差稍大。

3.不平衡保护整定问题

F-C供电的电动机在一相熔断器熔断的情况下，电动机将出现缺相运行情况。目前，F-C开关柜所采用的熔断器均要求配撞击器，撞击器动作后切除电动机，但考虑到撞击机构的可靠性、断相运行的几率及对设备的危害，通常另外装设负序过流保护作为电动机的后备保护。

根据GBT 14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定：2MW及以上电动机可装设负序过流保护，F-C供电的电动机也装设负序过流保护。负序过流保护的电流整定值一般与电动机额定电流接近。在高压厂用电系统中，当电动机区外发生不对称故障时，故障点的负序电压将在电动机中产生负序电流，以图1典型的厂用电系统中K点发生两相短路为例，其负序等效电路如图2所示，图中X2S为系统侧的等效负序电抗，X2D为电动机的等效负序电抗。K点短路时应由高厂变的分支过流保护切除故障，故障切除前电动机中将会有负序电流流过，一般电动机综合保护装置中负序过流保护不带方向，以某公司RCS-9626CN型电动机综合保护装置为例，其负序过流保护不带方向，负序过流保护整定时必须防止外部故障造成电动机负序过流保护误动。为此负序过流保护的动作时间必须大于分支过流保护动作时间。

4.电动机速断保护整定

三、设备选型

1.低压系统使用的电流互感器

400V厂用电中使用的电流互感器额定负荷一般较低，如5VA、10VA，往往电流互感器二次侧的实际负载超过电流互感器的额定负载，造成电流互感器测量误差很大；电流互感器也没有严格区分使用对象，造成测量用电流互感器大量用于继电保护回路，对继电保护的安全运行造成隐患。为保证400V系统电流互感器误差满足继电保护要求，应综合考虑电流互感器选择、保护安装方式等，如尽量选用保护用电流互感器（此类电流互感器很少），选用二次额定电流为1A的电流互感器，其负载阻抗可为二次额定电流为5A的电流互感器的25倍；保护装置就地安装，减小负载阻抗，上例中某厂对类似的中性点零序过流保护改为就地安装方式，电流互感器的二次负载基本为0.1Ω左右，满足了电流互感器误差的要求。

2.低压中性点不接地系统使用的电压互感器

四、结语

随着火力发电厂单机容量的增大，机组的非计划停运造成的损失大、影响范围广，为保证机组的安全运行，厂用电系统的设计必须严格按照规程要求，充分理解辅机的功能和作用，合理分布电源，认真做好继电保护配置和定值整定工作及互感器的设备选型。

参考文献：

[1]DL/T 5153-2002 火力发电厂厂用电设计技术规定[S].

[2]GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程[S].

[3]刘万顺.电力系统故障分析[M].北京：水利电力出版社，1986.

[4]DL/T866-2004 电流互感器和电压互感器选择及计算导则[S].