优化备用电源自动投入保护方案

1优化备用电源自动投入装置的整定方案提高石油化工企业供电可靠性摘要：备电自投装置在供电可靠性要求较高的化工企业变电所中应用较多，本文对备电自投基本原理进行了分析，提出了优化化工集团变电所备电自投装置的方案，通过优化使化工集团变电所保护装置配合更为合理，提高了供电可靠性。关键词：优化备电自投、方案、提高、石化企业、供电可靠性。一、引言由于石油化工（以下简称石化）企业在整个生产的各个环节都可能存在有毒有害的液体或气体，对这些液体和气体的安全控制需要通过大量的泵来完成；同时由于石化企业的生产都是按生产线进行的，一旦生产线的某个环节停电就会造成整个生产线停产，因此石化企业对供电可靠性的要求是很高的。为提高石化企业的供电可靠性，在石化企业配电所的电源设计中经常采用两电源或三电源分列运行，装设备用电源自动投入（以下简称备电自投）装置，实现各电源之间的相互备用。大庆炼化公司及大庆石油管理局化工集团是两家大型石化企业，这两家企业所属的配电所都普遍采用了备电自投装置。从多年的运行情况来看，备电自投装置在提高石化企业供电可靠性方面起到了非常重要的作用，但随着石化企业生产规模的不断扩大，一些配电所的负荷越来越重，电动机的数量越来越多，备电自投装置的整定难度越来越大。一方面，石化企业用户希望备用电源的投入能恢复包括所有电动机在内的全部停电负荷，并且时间越短越好；另一方面，供电部门出于系统容量、设备安全及保护配置等方面的原因，必须对这些配电所电源线路的继电保护定值及备电自投装置的动作时间进行限制，这样就产生了供、需之间的矛盾。二、问题的提出（一）、备电自投装置的基本原理备电自投装置就是当工作电源因故障被断开以后，能自动而且迅速地将备用电源投入工作或将用户供电切换到备用电源上去，使用户能快速恢复供电的一种自动装置。备电自投装置的接线方式很多，最常见，也是应用最广泛的一种接线方式是配电所两条电源进线分列运行，母联断路器分开，两条电源线路通过母联断路器实现互为暗备用。大庆炼化公司及化工集团所属配电所的备电自投装置都是这种接线方式，工作原理如图一所示。2正常运行时，配电所母联断路器3DL断开，I、II段母线分裂运行，分别由甲、乙线供电，在断路器3DL上装有备电自投装置。无论何种原因，若备电自投装置检测到某段母线电压消失且该段电源进线无流，而另一段母线电压正常，则经过预定时间，由备电自投装置自动断开失电段电源进线的断路器，然后再投入母联断路器3DL。为防止失电母线上存在永久性故障，备电自投装置动作后造成两段母线同时停电，母联断路器3DL应装设必要的继电保护装置，能快速切除发生在停电母线上的故障。备电自投装置只动作一次。（二）、问题的提出虽然备电自投装置能使电源故障造成的停电母线快速恢复供电，但由于电源进线继电保护定值的限制，允许自启动电机的台数有限，一些化工装置的电动机需人工重新启动，给用户生产带来了不便。出现这种情况的原因主要有以下两个方面的问题：1、进线过流保护整定值与自启动电动机总容量之间的矛盾在继电保护装置运行整定规程中，配电所电源进线电源侧的过流保护既要作电源进线本身的近后备保护又要做配电所配电变压器等设备的远后备保护。其过流保护定值应躲过配电所的最大负荷电流，同时要保证配电变压器低压侧短路时有规定的灵敏系数，这样电源进线的过流保护定值就了一定的限制。大型石化企业的配电所负荷一般都比较重，一座配电所常带有多台容量不同的配电变压器及多台高压直配电动机。如果按用户的要求，允许所有的电动机都能实现停电后的自启动，电源线路的过流保护定值就会很大，配电变压器的安全运行就没有保证。2、备电自投装置动作时间较长与用户希望快速恢复供电之间的矛盾备电自投启动时间需与电源线路电源侧后备保护时间及重合闸时间配合，这样备电自投装置的动作时间就较长，而电动机要在备用电源来电后方能自启动，整个过程时间持续较长。对上述情况，以往供电单位的解决办法比较简单，一是保证电源进线过流保护对所有配电变压器低压侧短路都有灵敏度，将自启动电机台数（容量）卡死，这样在备电自投装置动作成功的情况下能直接自启动的电动机数量有限，有些重要电动机无法自启动，生产恢复较慢，用户难以接受；二提高进线保护定值，使电动机自启动数量增加，在变压器低压侧短路无灵敏度情况下，由用户出具保证书，一切后果由用户自己负责。这两种解决方式一方面给用户的生产带来了不便，另一方面给电网的安全运行留下了隐患。电源侧变电所６KV母线出线甲线乙线图一I段II段母联备投开关出线配电所母线3三、解决方案为了最大限度地满足化工生产对供电可靠性的要求，我们根据大庆炼化公司及化工集团所属配电所继自装置的配置情况，采用以下方法重新优化了各配电所备电自投装置的整定方案，达到了既能保证电网安全运行，又能使自启动电机较多，停电时间最短的效果，用户感到满意。1、调整配电所电源进线电源侧的过流保护定值在前面的论述中我们介绍了电源进线过流保护的整定原则，以及过流定值不能太大的原因。为解决多台电动机同时自启动与电源进线过流保护定值受限之间的矛盾，在争得用户单位同意的情况下我们采用了如下解决办法。确保在最不利的运行方式下，最大容量的配电变压器低压侧短路，电源进线的过流保护有足够灵敏度，在常态运行方式下，保证其它容量较大的配电变压器低压侧短路也有灵敏度，对小容量的配电变压器低压侧短路不保证有灵敏度。这样与原来的整定原则相比就可以适当地增大电源进线的过流保护定值，从而允许更多的电动机自启动。下面以大庆石油管理局化工集团一甲醇配电所为例，具体说明优化调整方法。一甲醇配电所电压等级为6KV，两段母线分列运行；最大负荷电流为560A，其中I、II段负荷电流分别为310A、250A；最大电动机1100KW，额定电电压6.3KV，额定电流106A。以前，一甲醇配电所电源进线的过流保护定值是按1100KW电动机冷启动后，该段母线达到最大负荷电流计算的，过流保护定值为1200A。现在改变整定原则，按最小运行方式下该配电所1600KVA变压器低压侧短路有1.2灵敏度整定，得出过流保护定值为1500A。整定计算公式如下：max*866.0dlmbzjdZKII＝1500A式中：Idzj—过流保护动作电流（一次值）；Zdmax*--最小运行方式下1600KVA变低压侧短路阻抗标么值，已知量4.4094。Ib—6KV电流的基准值9165A；Klm—灵敏系数，取液氨变６KV母线一甲醇甲线一甲醇乙线I段II段1000KVA1250KVA1600KVA电动机D一甲醇配电所主接线示意图图二41.2。将以上数据代入公式，计算电源进线过流保护定值为Idzj＝1500A，用此定值计算该配电所其它容量变压器低压侧短路的灵敏度见下表：变压器（KVA）数量（台）最小方式下灵敏系数常态运行方式下灵敏系数调整前调整后调整前调整后160021.51.21.731.38125061.361.091.591.27100021.20.961.491.2063020.810.651.00.8050040.750.600.880.7140010.590.470.760.61从上表可以看出，调整电源进线过流保护定值后，进线过流保护做为配电所变压器的远后备保护，其灵敏度虽有所下降，但在常态运行方式下对1000KVA以上的变压器，灵敏度仍然可以达到规程要求。对630KVA及以下容量的变压器，即使电源进线过流保护定值不调整，远后备保护的灵敏度依然不能满足要求。因此把电源进线过流保护定值由1200A调整到1500A是可行的。2、调整备电自投装置时间备电自投装置的启动时间过去是按与上级变电所出线（即配电所电源进线）的后备保护动作时间加重合闸时间进行配合来整定的，时间较长，一般在4～5秒以上。为缩短备电自投装置的启动时间，尽快恢复供电，我们取消了备电自投装置与重合闸的时间配合，只与电源进线的过流保护配合，备自投装置的动作时间缩短很多。如：一甲醇配电所备电自投装置启动时间原来是4秒，现在整定为2秒。3、确定电动机启动台数在确定了进线过流保护定值后，就可根据此定值来计算允许自启动电动机的总容量，再与化工企业的生产用户进行协调，由用户按每台电动机的重要性排出顺序表，优先选择重要的电动机在备电自投装置动作成功后直接自启动。化工生产线上的电动机一般采用一主一备或两主一备两段分别配置的运行方式，因此在考虑电动机自启动时，对相同功能的多台电动机只需考虑其中的一台或两台即可。此外，若备电自投装置的整定时间较短，此时电动机还没有停止运转，启机电流倍数可以适当降低。下面仍以一甲醇配电所为例，计算电源进线过流保护定值调整前后，可以参与启动电机的台数。各台电机启机电流见下表：5重要性排序名称功率（KW）参与启机台数启机电流（X4倍）累计电流（正常负荷560A）1一甲引风机250192A652A1500A2原料气压缩机11001403A1055A3一循电机9001330A1385A2801103A1488A4二循电机9001330A1818A1500A2801103A1921A当系统发生故障，备电自投启动时只有一条进线带全所负荷，按进线过流定值3A计算，一次允许最大负荷电流为1500A，从上表可以看出，在此电流下可以允许一甲引风机、原料气压缩机、一循电机各一台投入运行。上表所用的正常负荷电流560A已包括运行电动机的额定电流，实际各电机的启机电流应为5倍，再有备电自投启动时，已有部分设备退出运行，因此启机时实际负荷电流要小于1488A，也就是说进线定值3A有很大余度。可以保证备电自投启动后，进线过流保护不会误动。四、结论按照以上分析情况，我们对化工集团的全部配电所的备用电源自动投入装置及相关保护的定值进行了优化调整，原化工集团配电所21台变压器中只有2台变压器的灵敏度达到规程要求，通过优化调整后14台大容量的变压器灵敏度都达到了规程规定，备电自投动作后重要电动机都实现了自启动，提高了化工集团的供电可靠性，得到了用户的认可。