优化备用电源自动投入保护方案1

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的供电可靠性李永君，史春森，李永军，赵世春大庆油田电力调度中心，黑龙江省大庆市邮编163453摘要：备用电源自动投入（以下简称备电自投）装置在供电可靠性要求较高的石油化工（以下简称石化）企业配电所中应用较多，本文对备电自投装置的基本原理进行了分析，提出了优化石化企业配电所备电自投装置的方案，通过优化使配电所继自装置之间的配合更为合理，提高了石化企业的供电可靠性。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是按顺序分环节进行的，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较高的。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，高压直配电动机的数量越来越多，备电自投装置的整定难度也越来越大。一方面，石化企业用户希望备用电源的投入能最大限度地恢复停电负荷，包括停电电动机，而且时间越短越好；另一方面，供电部门由于系统容量、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进线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备用，工作原理如图一所示。正常运行时，配电所母联断路器3DL断开，I、II段母线分列运行，分别由甲、乙线供电，对断路器3DL装设备电自投装置。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，恢复停电母线的供电。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电源侧变电所６KV母线配电所母线出线甲线乙线图一I段II段母联备投开关出线2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。虽然备电自投装置能使因电源故障造成的母线停电快速恢复供电，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，即使备电自投装置动作成功，一些化工装置仍需要人工启动才能重新恢复生产，给用户造成的经济损失很大，用户难以承受，出现这种情况的原因主要有以下两个方面的问题：1、电源进线过流保护定值与自启动电动机总容量之间的矛盾配电所电源进线电源侧的过流保护既要做电源进线本身的近后备保护又要做配电所配电变压器的远后备保护，其整定原则为：躲过配电所的最大负荷电流（正常负荷电流加一台最大电动机的启动电流），同时要保证较大容量的配电变压器低压侧短路时有规定的灵敏度。这样电源进线的过流保护定值就受到了一定的限制，而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容量较大的高压直配电动机。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装置的启动时间需与电源线路电源侧后备动作保护时间及重合闸动作时间配合，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自动投入成功后才能自启动，整个过程时间持续较长。对上述情况，以往供电单位一般采取以下解决办法：一是按前面讲的原则计算电源进线的过流保护定值，并保证在最小运行方式下，较大容量的配电变压器低压侧短路有规定的灵敏度，再与用户单位协商，确定哪些电动机参与自启动。采用这种办法计算出的过流保护定值较小，能参与自启动的电动机数量较少，来电后生产恢复慢，用户有意见；二是提高电源进线的过流保护定值，使能够自启动的电动机数量增加。采用这种办法，电源进线的过流保护就无法为较大容量的配电变压器做远后备，给这些变压器的安全运行留下了隐患，后果由用户承担，用户还是有意见。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，又能使自启动电动机的容量最大，给用户停电的时间最短的效果，具体做法如下：1、调整配电所电源进线的过流保护定值前面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，在征得用户单位同意的情况下，我们把电源进线过流保护的整定原则改变为：（1）躲过配电所的最大负荷电流；（2）最小运行方式下，最大容量配电变压器低压侧短路时，过流保护有规程规定灵敏度，常态运行方式下，较大容量的配电变压器低压侧短路也有灵敏度。按上述两条原则计算，取其中较大的一个作为过流保护定值。这样与原来相比就可以适当地增大电源进线的过流保护定值，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，具体说明调整电源进线过流保护定值的方法。一甲醇配电所电压等级为6千伏，主接线如图一所示。常态运行方式为两段母线分列运行，最大负荷电流为560安，其中I、II段负荷电流分别为330安、230安；最大电动机1100千瓦，额定电流为112安。调整前，进线过流保护定值是按1100千瓦电动机启动后，该段母线达到最大负荷电流计算的，定值为Idzj=330+112X8=1226安，取1200安。校验容量为1000千伏安配电变压器低压侧短路时的灵敏系数为1.2，满足规程要求。调整后，改变整定原则，按最小运行方式下该配电所1600千伏安变压器低压侧短路有1.2的灵敏系数计算，得出进线过流保护定值为1500安。整定计算公式如下：3＝1506.6安取1500安式中：Idzj—过流保护动作电流（一次值）；Zdmax*—最小运行方式下1600千伏安变低压侧短路阻抗标么值，已知4.39。Ib—6KV系统的电流基准值9165安；Klm—灵敏系数，取1.2。用调整前、后电源进线的过流保护定值分别计算该配电所各容量配电变压器在不同运行方式下低压侧短路的灵敏系数，计算结果见表1：表1变压器（KVA）数量（台）最小方式下灵敏系数常态方式下灵敏系数调整前调整后调整前调整后160021.51.201.731.38125061.361.091.591.27100021.200.961.491.2063020.810.651.00.8050040.750.600.880.7140010.590.470.760.61从上表可以看出，调整电源进线的过流保护定值后，其灵敏度虽有所下降，但在常态运行方式下，对容量为1000千伏安及以上的变压器其灵敏系数仍然可以达到规程要求的1.2以上。对630千伏安及以下容量的变压器，即使电源进线过流保护定值不调整，其灵敏系数依然不能满足规程要求,因此把电源进线过流保护定值由1200安调整到1500安是可行的。（二）调整备电自投装置的启动时间按设计规范的要求，大庆炼化公司及大庆石油管理局化工集团所属配电所的上级电源变电所也是分列运行的，即电源变电所的电源进线也是分列运行。调整前，配电所备电自投装置启动时间是按与电源变电所电源进线的过流保护及重合闸动作时间配合来整定的，时间较长，一般在4～5秒以上。调整后，我们不再与电源变电所的电源进线配合，改为只与配电所电源进线的过流保护及重合闸时间配合，而配电所的电源进线一般采用电缆，不投重合闸，这样备电自投装置的启动时间就缩短了很多。如：一甲醇配电所备电自投装置的启动时间调整前是4秒，调整后为2秒。（三）确定自启动电动机的总容量在确定了进线过流保护定值及备电自投装置的启动时间后，就可根据此定值来计算允许自启动电动机的总容量。通过与用户单位的沟通，由用户单位按各类电动机的重要性排出优先起机顺序表，选出哪些电动机在备电自投装置动作成功后优先自启动。化工生产线上的电动机一般按一主一备或两主一备的原则分段配置，运行方式非常灵活，在考虑电动机自启动时，对功能相同的电动机只考虑其中的一台或两台即可。以前，在哪些电动机参与自启动方面我们管的较死，直接在继电保护定值通知单上规定了哪些电动机参与自启动，哪些电动机不能自启动。这样一来，当功能相同的主、备电动机交替运行时，一些重要的电机就不能参加自启动。现在，我们改变了这种固定的定值模式，只对最重要的电动机规定必须自启动，由用户单位按允许自启动电动机的总容量及电动机的运行方式灵活地安排其它电机的自启动顺序及台数。max*866.0dlmbzjdZKII4此外，由于备电自投装置动作时间的缩短，停电母线来电时电动机还没有停止转动，电动机自启动时的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，可以参与自启动电机的总容量。一甲醇配电所共有各种容量的高压直配电机12台,经过与甲醇厂生产技术人员的沟通，各类电机的重要性排序及需要参与自启动电动机情况见表2：表2电源进线过流保护定值及备电自投装置动作时间调整前：若配电所一段母线失电，另一条电源进线需带全所负荷运行。进线过流定值1200安，备电自投装置动作时间4秒，电动机自启动电流按额定电流的6倍计算，备自投装置动作后电源进线的总电流为：I总1=560+(31.6+112+97.3+33.8X2)X5=2411安该电流远大于进线过流保护定值，因此，按原方案整定，只能允许原料气压缩机停电后自启动，其它电机都不能自启动，这样势必会造成生产线的停产。调整后，电源进线过流保护定值为1500安，备电自投装置动作时间为2秒，由于备电自投装置动作时间的缩短，电动机自启动电流可以按额定电流的5倍计算，备自投装置动作后可以参与自启动电机的总电流为：I总2=(1500-560)=940安按此电流计算，不仅能安排最重要的一甲引风机及原料气压缩机（一主一备）自启动外，还能安排4台280千瓦的循环水泵（两主两备）直接自启动。这些电动机的总自启动电流估算为：I自启=4X（31.6＋106＋33.8X2）=820.8安940安实际上，当配电所一段母线停电时，接在配电变压器下面的部分负荷已经自动退出运行，备电自投成功时，正常负荷电流要小于560安，电源进线过流保护不会误动。在继电保护定值单上,我们只规定了一甲引风机及原料气压缩机直接自启动，其余280千瓦电动机的自启动由用户根据电动机的运行情况自行安排。调整后的方案基本能够满足用户尽快恢复生产的需要，用户感到非常满意。四、需要注意的问题若配电所母线没有装设母线差动保护，母线发生故障；或配电所配出设备发生故障，保护拒动造成电源进线上级保护动作，此时备电自投装置动作后，会引起另一条电源线路的跳闸，从而造成配电所全所失电。为防止这种情况发生，需对配电所母联断路器装设快速保护，该保护电流定值与电源进线过流保护定值配合，时间定值与电源进线速断保护时间配合。五、结束语对一甲醇配电所备电自投装置整定方案的优化调整，收到了良好的效果，大庆炼化公司和大庆石油管理局化工集团共有28座6千伏配电所，我们采用上述方法对这些配电所的备电自投装置全部进行了优化调整，得到了用户的认可。国内其它石化企业的配电所可能与大庆地区石化企业的配电所有类似之处，我们的经验或许能给同行们一点启示。重要性排序电机名称功率（KW）额定电流（A）总台数需参与