钢铁厂余热电站继电保护设计研究
【摘 要】本文对钢铁厂余热电站的继电保护设计进行了详细分析，并分别对电站一次主接线、继电保护配置及保护监控系统详细分析介绍，提出了一套适合钢铁厂余热电站的继电保护设计方案，对该类型电站的保护设计提供了参考。
【关键词】余热电站 继电保护 主接线
随着国家对钢铁冶金企业节能减排的政策力度加大，钢铁厂为降低企业成本，越来越多的余热回收利用和发电项目立项建设。钢铁厂余热发电项目主要有烧结余热发电、炼钢、轧钢饱和蒸汽发电、干熄焦余热发电及高炉煤气发电等。相对于独立的火力发电厂或水力发电厂，钢铁厂余热电站具有机组小、较分散、受热源影响波动大的特点。余热电站机组容量一般为6MW～25MW，一次主接线较简单。针对余热电站的特点，电站发电系统继电保护设计不能照搬大型发电厂的典型设计，应综合考虑钢铁厂余热工艺的特点，制定适合钢铁厂余热本身的继电保护设计。
根据近年来多个钢铁厂余热电站的设计及运行经验，对余热电站在设计、并网及运行中存在的问题进行了梳理，并做了一些研究工作，制定出钢铁厂余热电站的继电保护合理设计方案。本文以干熄焦发电项目为例，详细讨论继电保护配置及设计情况。
1 余热电站一次主接线及配置
考虑到钢铁厂余热电站受钢铁工艺的影响较大，并且机组容量较小，一般电站并网到钢厂内部供电网络，不直接并入供电部门公用电网。电站主接线设一路发电并网联络线，一路备用电源进线。一次主接线采用单母线分两段，I段设有发电机回路、厂用变压器回路及厂用电动机回路，II段设有厂用变压器回路及厂用电动机回路。发电机出口设为同期点。
2 继电保护功能配置设计
2.1 联络线保护及分散保护设计
联络线保护装置主要功能：线路光纤纵差保护，电流速断保护、过流保护、三相一次重合闸、零序电流保护、低电压闭锁电流保护、联锁跳闸、低周减载、谐波分析记录功能。差动保护与后备保护由两个独立保护单元实现。
变压器保护测控单元主要功能：高压侧速断、过流保护、高压侧零序电流（接地）保护、低电压保护、非电量保护。
电动机保护测控单元主要功能：速断保护、过负荷保护、零序电流（接地）保护、不平衡（断相反相）保护、低电压保护、自启动控制、启动时间过长保护、堵转保护、实际启动电流及启动时间显示、过热跳闸记忆及强制复归、过热报警、谐波分析记录功能。保护单元可实现定时限与反时限两种过流保护功能。
中央信号监控装置主要功能：完成全所事故信号和预告信号报警输出，并在主机处声光报警。
2.2发电机控制和保护
发电机保护装置主要功能：发电机差动保护、发电机过负荷保护、低电压闭锁过电流保护、转子一点接地保护、转子两点接地保护、发电机过电压保护、定子接地保护、定子匝间短路保护、发电机低阻抗保护、发电机逆功率保护、发电机负序过负荷保护、发电机失磁保护、灭磁开关联跳、热工保护、发电机低频保护、其它必要的保护。
自动/手动同期装置（同期屏）主要功能：采用自动准同期方式，供发电机并网开关用，确保捕捉第一次出现的并网时机及在零相角差时完成并网，具备TV二次回路断线的低压闭锁功能。同期并网采用柜前操作。
发电机采用无刷励磁系统，自带励磁调节柜，满足自动与手动励磁调节及强励磁的要求，励磁控制实现主从无扰切换，配置恒电压自动调节（AVR）、恒无功自动调节（AQR）与恒功率因数自动调节系统，实现电压、无功功率及功率因数的自动调节。
发电机的起动、运行、停机，均有严格的逻辑要求，采用DCS系统控制，逻辑功能、联锁保护由DCS、ETS系统软件编程实现。
3 保护监控系统设计
电站采用1套10kV微机保护及监控系统，用于汽轮发电机组及其它厂用配电装置的电气参数控制监测及数据处理，预留与上级变电所、DCS系统的进行信息传送接口。
微机保护及监控系统采用分层分布式、开放的系统结构。系统设备配置纵向分为两层：站控层和间隔层。站控层：由监控主站构成，设在主控制室内，采用工业级以太网络结构。可实现对全部一次设备（发电机组及10kV配电系统）的监视、测量、控制、管理、记录和报警等功能，同时可与电站DCS系统实现通讯，完成与DCS系统的相关数据信息交换，共设一台监控主机。
间隔层：由分散布置的微机综合保护装置构成；其中，发电机、联络线的综合保护装置集中组屏设在电站电子设备间内，其余10kV开关柜的综合保护装置分别装在各自的开关柜内。间隔层网络采用RS485或CAN网络方式与通信管理机通信。
系统完成对全厂电气系统的控制、监视、测量、管理、记录和报警等功能。以太网与现场总线通过智能通讯管理机实现网络规约转换。
4 主要监视和控制的功能
保护功能：对变电所内的10kV供配电设备（如变压器、进线、馈出线断路器等）提供保护功能。
数据采集功能：对电压、电流、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因数、频率和变压器温度等数据进行采集，同时还可采集各高压断路器的开闭状态信号。
显示功能：实时显示所检测的系统中各种参数及供配电系统画面。
控制功能：通过显示器和键盘操作对系统范围内的10kV供配电设备的断路器进行开关控制。
信号报警功能：实时进行故障报警。当供配电设备发生事故跳闸、事故预告、电流电压越限等故障时，能及时给出声光报警信号，同时能显示出故障类别。
打印报表功能：对电能消耗量等进行累积计算，按日、月、季度或年打印出报表；并能打印电力负荷曲线等趋势图。
5 结语
根据钢铁厂余热电站的特点，结合多年来该类型电站的设计及运行经验，本文对余热电站继电保护设计进行了详细分析，并制定出合理的解决方案。该继电保护设计方案相比传统设计更加简单可靠、安全稳定，并在多个发电项目中应用，效果良好。
参考文献：
[1]GB/T 50062-2008.电力装置的继电保护和自动装置设计规范.中国计划出版社，2009.
[2]吴竞昌.中国电力百科全书[M].中国电力出版社，1995.
[3]何仰赞 等.电力系统分析[M].华中理工大学出版社，1984.