電廠380 V低壓配電系統工作段失電原因分析及處理措施

佟 輝,潘憶南

(大慶油田電力集團宏偉熱電廠,黑龍江 大慶 163411)

電廠380 V低壓配電系統工作段失電原因分析及處理措施

佟 輝,潘憶南

(大慶油田電力集團宏偉熱電廠,黑龍江 大慶 163411)

為了避免宏偉熱電廠過零序電流保護與出線回路的保護配合出現失誤故障,根據低壓配電系統的運行特點,分析了宏偉熱電廠380 V低壓配電系統工作段失電故障原因,指出了廠用變保護與出線回路斷路器保護之間存在的諸多問題,即出線回路斷路器機械過流保護不完善、電參量測試及測量精度精度差、斷路器機械過流定值整定局限性等問題造成上下級保護很難匹配,提出了用微機型保護裝置取代斷路器機械過流保護等處理措施,合理整定廠用變、備用變和出線回路保護在動作值和時限上的匹配關系,保證了380 V低壓配電系統穩定運行。

單相接地;整定;可靠性;靈敏性

目前,在發電廠低壓配電系統故障中,單相接地短路是最常見的一種故障。低壓系統對單相接地故障的保護方式主要是變壓器低壓側中性線上接零序電流保護裝置,按躲過正常啟動、運行時中性線上流過的最大不平衡電流來整定,按規程該電流一般取額定電流的25%[1-4]。宏偉熱電廠曾發生過零序電流保護與出線回路的保護配合失誤故障,使得停電范圍擴大,嚴重影響電力系統安全穩定運行。為了保證宏偉熱電廠,低壓廠用系統發生短路故障時保護裝置正確動作,本文分析了低壓配電系統因單相接地故障引起的工作段失電原因,指出了380 V低壓配電系統在設計上存在的無單相接地保護功能、電參量測試及測量精度無法確定、定值整定局限性等諸多問題,提出了相應的處理措施,保證了低壓廠用電系統的用電安全。

1 低壓廠用系統短路故障情況

2014年10月26日16時35分,宏偉熱電廠3號發電機2號凝結水泵內部發生單相接地故障,5號廠用變低壓側零序保護動作,低壓側52開關跳閘,備用分支53開關聯動成功后,3號機2號凝結水泵開關機械過流保護動作開關跳閘,同時 3號備用變B02開關機械過流保護動作開關跳閘,造成低壓配電系統工作五段失電。具體一次接線如圖1所示。

圖1 3號機2號凝結水泵饋線接線圖

2 380V低壓配電系統工作段失電故障原因分析

通過對宏偉熱電廠低壓配電系統回路開關設備進行檢測和試驗,各項電氣設備功能均正常,因此,可以排除開關拒動的可能性。隨后又對回路開關設備的整定值進行了校核。

2.1 回路開關設備定值整定

2.1.1 3號發電機2號凝結水泵斷路器機械過流整定

3號發電機2號凝結水泵容量為132 kW,額定電流為251 A。其斷路器為Masterpact MW/630A施耐德框架抽屜式斷路器,配有機械過流保護功能,其整定值設定如下:

長延時動作電流整定系數(K0)取0.95;長延時動作時間整定值Tr取8 s;短延時動作電流整定系數(Km)取5;短延時動作時間整定值Tr取0.1 s,此值為最小時間整定值;斷路器額定電流In為630 A。

長延時動作電流值為:

Ir=K0×In=0.95×630=598.5 A

短延時動作電流值為:

Isd=Km×Ir=5×598.5=2992.5 A

2.1.2 備用分支53斷路器機械過流整定值

備用分支53斷路器為Masterpact MT25H1/1250 A施耐德框架抽屜式斷路器,配有機械過流保護功能,其整定值設定如下:

長延時動作電流整定系數(K0)取0.98;長延時動作時間整定值Tr取0.5 s;短延時動作電流整定系數(Km)取2.0;短延時動作時間整定值Tr取0.2 s;斷路器額定電流In為1250 A。

長延時動作電流值為:

Ir=K0×In=0.98×1250=1225 A

短延時動作電流值為:

Isd=Km×Ir=2×1225=2450 A

2.1.3 3號備用變B02斷路器機械過流整定值

3號備用變B02斷路器為Masterpact MT25H1/1250 A施耐德框架抽屜式斷路器,配有機械過流保護功能,其整定值設定如下:

長延時動作電流整定系數(K0)取0.98;長延時動作時間整定值Tr取0.5 s;短延時動作電流整定系數(Km)取2.5;短延時動作時間整定值Tr取0.2 s;斷路器額定電流In為1250 A。

長延時動作電流值為:

Ir=K0×In=0.98×1250=1225 A

短延時動作電流值為:

Isd=Km×Ir=2.5×1225=3062.5 A

2.1.4 5號廠用變保護整定值

5號廠用變低壓側零序保護整定值為Idz=1.4 A,τ=12。低壓側中性點反時限零序過流保護啟動電流一次值為700 A,低壓側中性點反時限零序過流保護反時限公式:

根據試驗數據(表1)繪制動作時限特性曲線,如圖2所示。

2.2 低壓配電系統工作段失電故障原因

根據5號廠用變綜合保護裝置記錄的低壓側中性點反時限零序保護電流動作值可知,3號發電機2號凝結水泵單相接地短路電流為4620 A,達到3號發電機2號凝結水泵斷路器短延時動作電流值,另外此次單相接地故障也達到5號廠用變低壓側零序過流啟動值,此次短路電流達到額定電流倍數為:

N=Idl/In=4620/700=6.6

圖2 反時限零序過流動作時限特性曲線圖

理論上此次故障應該只有3號發電機2號凝結水泵開關跳閘,380 V 五段其余開關不受影響。雖然3號發電機2號凝結水泵斷路器機械過流整定為0.1 s,5號廠用變低壓側零序保護動作時限約為0.2 s,但3號發電機2號凝結水泵斷路器機械過流反時限保護特性較差,故障發生時3號機2號凝結水泵機械保護慢于5號廠用變微機保護動作,5號廠用變低壓側開關跳閘,備用分支53開關聯動成功。當備用分支53開關聯動成功后,再一次地沖擊故障點,導致單相接地短路產生的弧光瞬間轉變成相間短路,均達到2號凝結水泵開關、備用分支53開關以及3號備用變B02開關的機械過流設定值。根據現場實際動作情況,3號備用變B02機械過流保護動作,開關跳閘;3號機2號凝結水泵機械過流保護動作,開關跳閘,造成380 V工作五段失電,擴大事故,實際保護動作順序如圖3所示,各開關保護動作流程圖如圖4所示。

圖3 保護及開關動作示意圖

圖4 繼電保護動作流程圖

3 380 V低壓配電系統原設計存在的問題

根據上述分析,宏偉熱電廠此次低壓配電系統工作五段失電,在設計上主要存在以下問題。

3.1 380 V低壓配電系統出線回路無單相接地保護設計

380 V低壓配電系統中變壓器低壓側單相接地短路有多種保護方式,但設計時往往為了簡化二次回路和減少初投資,通常用變壓器低壓側零序保護兼作380 V低壓配電系統單相接地短路保護。按《火力發電廠廠用電設計技術規定》的要求,低壓廠用變壓器的單相接地保護可按以下方面進行配置:

對于低壓側中性點直接接地的變壓器,當低壓側發生單相接地短路故障時,可由反時限電流繼電器組成中性線上的零序過電流保護或采用兩相三繼電器接線,使高壓側的過電流保護兼作低壓側的單相短路保護。而宏偉熱電廠設計采用低壓側反時限零序過電流保護,高壓側過電流保護作為低壓側后備保護[5-6]。出線回路沒有配備專門的單相接地保護,只是簡單的機械過流保護,斷路器機械過流保護整定時按躲過電動機的最大啟動電流為依據設定的。,而通過實際反復試驗得知,大多數電動機一般最大啟動電流為電機額定電流的6～8倍左右,再考慮機械過流的定值誤差值,這種僅有機械過流保護功能的斷路器在面對單相接地故障時容易引起斷路器拒動,因此在380 V低壓配電系統發生單相接地故障時,出線回路斷路器機械過流保護不能保證可靠動作。

3.2 380 V低壓配電系統出線回路斷路器機械過流電參量測試及測量精度不確定度

由此次380 V工作五段失電可知,2號凝結水泵開關雖然按照標準規定進行整定,但于斷路器機械過流電參量無法進行實際測試,斷路器精度存在很大不確定性。因此,斷路器機械過流保護與上級保護很難配合,且保護靈敏度和選擇性也難以兼顧。

3.3 380 V低壓配電系統出線回路斷路器機械過流定值整定局限性

斷路器機械過流無論是長延時過流Ir還是短延時過流Isd均是按額定電流In的倍數進行整定。對于53開關或B02開關額定電流In為1250 A的斷路器來說,電流定值如果按斷路器給定的倍數整定,上下級電流整定值差距就會很大,極容易引起斷路器拒動作;如果不按斷路器給定倍數整定,具體的動作值就無法確定,只能進行估算,容易引起斷路器誤動作,因此,實際整定時在保護靈敏度和選擇性兩方面無法合理地統籌兼顧。

在動作時限上,斷路器機械過流時間精度差,負荷斷路器與廠用變低壓側斷路器、負荷斷路器與備用分支、備用變斷路器無法嚴格按上下級階梯原則整定,所以故障時無法有選擇性地切除斷路器。

4 380 V低壓配電系統工作段失電處理措施

針對宏偉熱電廠現有低壓配電系統出線回路斷路器機械過流保護存在的諸多問題,建議出線回路保護采用微機型保護裝置取代斷路器機械過流保護。微機型保護裝置具有以下功能特點:

1) 具有接地保護功能,可保護各相對電動機金屬外殼的短路保護,對非直接接地故障同樣能夠可靠動作。

2) 具有堵轉保護功能,當電機在運行中負荷過大或自身機械原因造成電機軸被卡住(抱閘)時,該保護在允許時間內迅速跳閘,避免燒毀電機。

3) 具有短路保護功能,對電動機相間及電動機繞組匝間的短路保護,可避免電機燒毀。

4) 整定定值精度高,電壓及電流定值誤差:<±5%整定值,時間定值誤差:<±1%整定時間或±35ms。

5) 具有強大的硬件平臺,計算速度快,可靠性高。

在出線回路上加裝微機型保護裝置后,將廠用變低壓側反時限零序過流保護調整為定時限,再按繼電保護整定原則,合理整定廠用變、備用變和出線回路保護在動作值和時限上的匹配關系,以滿足保護裝置靈敏性、可靠性和選擇性的要求。

5 結 語

根據宏偉熱電廠380 V低壓配電系統工作五段失電的動作情況,本文分析了宏偉熱電廠380 V低壓配電系統短路故障原因,指出了380 V低壓配電系統出線回路斷路器機械過流保護存在無單相接地保護功能、電參量測試及測量精度無法確定、定值整定局限性等諸多問題,提出采用微機型保護裝置取代斷路器機械過流保護,這樣可以更好地與上級保護精準配合,對用電線路“無死角”保護,能夠大幅度提高380 V低壓配電系統運行可靠性。

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[6] 張巖,陳松華,李寧凱,等.關于380 V單相接地短路電流計算的探討[J].福建建設科技,2006(5):85,86.ZHANG Yan,CHEN Songhua,LI Ningkai,et al.Discussion on the calculation of 380 V grounded single phase short-circuit current[J].Fujian Construction Science & Technology,2006(5):85,86.

(責任編輯 侯世春)

Cause analysis and treatment measures of power loss in the working section of380V low voltage distribution system of power plant

TONG Hui,PAN Yinan

(Hongwei Thermal Power Plant of Daqing Oilfield Electric Power Group,Daqing 163411,China)

In order to avoid the failure occurred in Hongwei thermal power plant when the zero sequence overcurrent protection was coordinated with the transmission line protection,the cause of power loss in the working section of 380V low voltage distribution system of Hongwei thermal power plant was analyzed,according to the operation characteristics of low voltage distribution system.Also the problems existing between the station transformer protection and the protection of circuit breaker of transmission line were pointed out.Namely,the imperfect mechanical overcurrent protection of circuit breaker of transmission line,the poor precision of electric parameter test and measurement,limitation to the mechanical overcurrent setting calculation of circuit breaker and other problems caused it difficult to match between the upper stage protection and lower stage protection.Therefore,treatment measures were put forward such as replacing the mechanical overcurrent protection of circuit breaker with the microprocessor protection device and the matching relationship among station transformer,standby transformer and the transmission line protection was reasonably set in regard to working value and time limit,ensuring stable operation of 380V low voltage distribution system.

single phase grounding; setting; reliability; sensitivity

2016-06-16。

佟 輝(1967—),男,高級工程師,從事電力系統及其自動化研究工作。

TM621.7

B

2095-6843(2016)06-0497-04