PAGEPAGE5優化備用電源自動投入裝置的整定方案提高石油化工企業的供電可靠性李永君，史春森，李永軍，趙世春大慶油田電力調度中心，黑龍江省大慶市郵編163453摘要：備用電源自動投入（以下簡稱備電自投）裝置在供電可靠性要求較高的石油化工（以下簡稱石化）企業配電所中應用較多，本文對備電自投裝置的基本原理進行了分析，提出了優化石化企業配電所備電自投裝置的方案，通過優化使配電所繼自裝置之間的配合更為合理，提高了石化企業的供電可靠性。關鍵詞：優化備電自投、方案、提高、石化企業、供電可靠性。一、引言由于石化企業在整個生產的各個環節都可能存在有毒有害的液體或氣體，對這些液體和氣體的安全控制需要通過大量的泵來完成；同時由于石化企業的生產是按順序分環節進行的，一旦生產線的某個環節停電就會造成整個生產線停產，因此石化企業對供電可靠性的要求是較高的。為提高石化企業的供電可靠性，在石化企業配電所的電源設計中經常采用兩電源或三電源分列運行，裝設備用電源自動投入裝置，實現各電源之間的相互備用。大慶煉化公司及大慶石油管理局化工集團是兩家大型石化企業，這兩家企業所屬的配電所都普遍采用了備電自投裝置。從多年的運行情況來看，備電自投裝置在提高石化企業供電可靠性方面起到了非常重要的作用，但隨著石化企業生產規模的不斷擴大，一些配電所的負荷越來越重，高壓直配電動機的數量越來越多，備電自投裝置的整定難度也越來越大。一方面，石化企業用戶希望備用電源的投入能最大限度地恢復停電負荷，包括停電電動機，而且時間越短越好；另一方面，供電部門由于系統容量、設備安全及保護配置等方面的原因，必須對這些配電所電源進線的繼電保護定值及備電自投裝置的動作時間進行限制，這樣就產生了供需之間的矛盾。二、問題的提出備電自投裝置就是當工作電源因故障被斷開以后，能自動而且迅速地將備用電源投入工作或將用戶供電切換到備用電源上去，使用戶能快速恢復供電的一種自動裝置。備電自投裝置的接線方式很多，最常見，也是應用最廣泛的一種接線方式是配電所兩條電源進線分列運行，母聯斷路器分開，兩條電源線路通過母聯斷路器實現互為備用，工作原理如圖一所示。正常運行時，配電所母聯斷路器3DL斷開，I、II段母線分列運行，分別由甲、乙線供電，對斷路器3DL裝設備電自投裝置。無論何種原因，若備電自投裝置檢測到某段母線電壓消失且該段電源進線無流，而另一段母線電壓正常，則經過預定時間，由備電自投裝置自動斷開失電段電源進線的斷路器，然后再投入母聯斷路器3DL，恢復停電母線的供電。為防止失電母線上存在永久性故障，備電自投裝置動作后造成兩段母線同時停電，母聯斷路器3DL應裝設必要的繼電保護裝置，能快速切除發生在停電母線上的故障。雖然備電自投裝置能使因電源故障造成的母線停電快速恢復供電，但由于電源進線繼電保護定值的限制，允許自啟動電機的臺數有限，即使備電自投裝置動作成功，一些化工裝置仍需要人工啟動才能重新恢復生產，給用戶造成的經濟損失很大，用戶難以承受，出現這種情況的原因主要有以下兩個方面的問題：1、電源進線過流保護定值與自啟動電動機總容量之間的矛盾配電所電源進線電源側的過流保護既要做電源進線本身的近后備保護又要做配電所配電變壓器的遠后備保護，其整定原則為：躲過配電所的最大負荷電流（正常負荷電流加一臺最大電動機的啟動電流），同時要保證較大容量的配電變壓器低壓側短路時有規定的靈敏度。這樣電源進線的過流保護定值就受到了一定的限制，而大型石化企業的配電所負荷一般都比較重，一座配電所常帶有多臺容量不同的配電變壓器及多臺容量較大的高壓直配電動機。如果按用戶的要求，允許所有的電動機都能實現停電后的自啟動，電源線路的過流保護定值就會很大，配電變壓器的安全運行就沒有保證。2、備電自投裝置動作時間較長與用戶希望快速恢復供電之間的矛盾備電自投裝置的啟動時間需與電源線路電源側后備動作保護時間及重合閘動作時間配合，這樣備電自投裝置的動作時間就較長，而電動機要在備用電源自動投入成功后才能自啟動，整個過程時間持續較長。對上述情況，以往供電單位一般采取以下解決辦法：一是按前面講的原則計算電源進線的過流保護定值，并保證在最小運行方式下，較大容量的配電變壓器低壓側短路有規定的靈敏度，再與用戶單位協商，確定哪些電動機參與自啟動。采用這種辦法計算出的過流保護定值較小，能參與自啟動的電動機數量較少，來電后生產恢復慢，用戶有意見；二是提高電源進線的過流保護定值，使能夠自啟動的電動機數量增加。采用這種辦法，電源進線的過流保護就無法為較大容量的配電變壓器做遠后備，給這些變壓器的安全運行留下了隱患，后果由用戶承擔，用戶還是有意見。三、解決方案為了最大限度地滿足化工生產對供電可靠性的要求，我們根據大慶煉化公司及化工集團所屬配電所繼自裝置的配置情況，采用以下方法重新優化了各配電所備電自投裝置的整定方案，達到了既能保證電網安全運行，又能使自啟動電動機的容量最大，給用戶停電的時間最短的效果，具體做法如下：1、調整配電所電源進線的過流保護定值前面我們介紹了電源進線過流保護的整定原則以及過流定值不能太大的原因，為解決多臺電動機同時自啟動與電源進線過流保護定值受限之間的矛盾，在征得用戶單位同意的情況下，我們把電源進線過流保護的整定原則改變為：（1）躲過配電所的最大負荷電流；（2）最小運行方式下，最大容量配電變壓器低壓側短路時，過流保護有規程規定靈敏度，常態運行方式下，較大容量的配電變壓器低壓側短路也有靈敏度。按上述兩條原則計算，取其中較大的一個作為過流保護定值。這樣與原來相比就可以適當地增大電源進線的過流保護定值，允許更多的電動機自啟動。下面以大慶石油管理局化工集團一甲醇配電所為例，具體說明調整電源進線過流保護定值的方法。一甲醇配電所電壓等級為6千伏，主接線如圖一所示。常態運行方式為兩段母線分列運行，最大負荷電流為560安，其中I、II段負荷電流分別為330安、230安；最大電動機1100千瓦，額定電流為112安。調整前，進線過流保護定值是按1100千瓦電動機啟動后，該段母線達到最大負荷電流計算的，定值為Idzj=330+112X8=1226安，取1200安。校驗容量為1000千伏安配電變壓器低壓側短路時的靈敏系數為1.2，滿足規程要求。調整后，改變整定原則，按最小運行方式下該配電所1600千伏安變壓器低壓側短路有1.2的靈敏系數計算，得出進線過流保護定值為1500安。整定計算公式如下：＝1506.6安取1500安式中：Idzj—過流保護動作電流（一次值）；Zdmax*—最小運行方式下1600千伏安變低壓側短路阻抗標么值，已知4.39。Ib—6KV系統的電流基準值9165安；Klm—靈敏系數，取1.2。用調整前、后電源進線的過流保護定值分別計算該配電所各容量配電變壓器在不同運行方式下低壓側短路的靈敏系數，計算結果見表1：表1變壓器（KVA）數量（臺）最小方式下靈敏系數常態方式下靈敏系數調整前調整后調整前調整后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從上表可以看出，調整電源進線的過流保護定值后，其靈敏度雖有所下降，但在常態運行方式下，對容量為1000千伏安及以上的變壓器其靈敏系數仍然可以達到規程要求的1.2以上。對630千伏安及以下容量的變壓器，即使電源進線過流保護定值不調整，其靈敏系數依然不能滿足規程要求,因此把電源進線過流保護定值由1200安調整到1500安是可行的。（二）調整備電自投裝置的啟動時間按設計規范的要求，大慶煉化公司及大慶石油管理局化工集團所屬配電所的上級電源變電所也是分列運行的，即電源變電所的電源進線也是分列運行。調整前，配電所備電自投裝置啟動時間是按與電源變電所電源進線的過流保護及重合閘動作時間配合來整定的，時間較長，一般在4～5秒以上。調整后，我們不再與電源變電所的電源進線配合，改為只與配電所電源進線的過流保護及重合閘時間配合，而配電所的電源進線一般采用電纜，不投重合閘，這樣備電自投裝置的啟動時間就縮短了很多。如：一甲醇配電所備電自投裝置的啟動時間調整前是4秒，調整后為2秒。（三）確定自啟動電動機的總容量在確定了進線過流保護定值及備電自投裝置的啟動時間后，就可根據此定值來計算允許自啟動電動機的總容量。通過與用戶單位的溝通，由用戶單位按各類電動機的重要性排出優先起機順序表，選出哪些電動機在備電自投裝置動作成功后優先自啟動。化工生產線上的電動機一般按一主一備或兩主一備的原則分段配置，運行方式非常靈活，在考慮電動機自啟動時，對功能相同的電動機只考慮其中