大型火電廠0.4kV低壓廠用電現(xiàn)狀及保護配置研究

廉永

【摘 要】火電是我國最為主要的發(fā)電形式，在裝機總量中所占比重長期保持在70%以上，隨著我國電力工業(yè)朝大機組、大電廠方向發(fā)展，火電機組的安全顯得越來越突出。本文通過對大型火電廠0.4Kv低壓廠用電運行方式進行了討論，并結(jié)合實際情況對大型火電廠低壓廠用電設(shè)計方案及運行情況進行分析，最后提出解決方法。

【關(guān)鍵詞】低壓廠用電 接地 保護配置

1 大型火電廠0.4kV低壓廠用電系統(tǒng)運行方式

全國能設(shè)計大型火電廠（600MW及以上）的設(shè)計院低壓廠用電系統(tǒng)的設(shè)計一直以來存在兩種方案：一種是中性點不接地系統(tǒng)（IT小電流系統(tǒng)）；另一種是中性點直接接地系統(tǒng)（TN大電流系統(tǒng)）。

2 0.4kV低壓IT系統(tǒng)與TN系統(tǒng)的比較

低壓IT系統(tǒng)的優(yōu)點：當(dāng)單相絕緣出現(xiàn)破損甚至是金屬性接地仍不影響系統(tǒng)運行，相間（線）電壓不變，相電流不變，流入大地的電流為系統(tǒng)的電容電流，不影響三相負(fù)荷的運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的可靠性高，人身安全性非常好。低壓IT系統(tǒng)的缺點是：單相金屬接地時故障相對地電壓降為“0V”，非故障相對地電壓升高倍，系統(tǒng)的絕緣水平要求較高，投資較大，易發(fā)生非線性鐵磁諧振，燒毀PT或其熔斷器。且每段母線保護控制回路的AC220V電壓及照明、檢修等單相負(fù)荷需要經(jīng)隔離變?nèi)〉茫哟罅送顿Y。低壓TN系統(tǒng)的優(yōu)點是：系統(tǒng)對絕緣要求低，AC220V單相電隨處可得，接線靈活方便。低壓TN系統(tǒng)的缺點是：出現(xiàn)單相接地故障后，設(shè)備外殼帶電，對人體危害較大；且故障點對地電流較大，可能導(dǎo)致缺相保護或者零序保護動作，從而影響系統(tǒng)的連續(xù)供電；因隨處可取AC220V電源，導(dǎo)致接線混亂，經(jīng)常出現(xiàn)：有的單相負(fù)荷在母線上接線時只有火線，零線直接就近接到接地銅排上的情況，給檢修帶來極大的麻煩。西方發(fā)達國家亦有這樣的研究結(jié)論：低壓IT系統(tǒng)最安全，供電可靠性最好！

3 大型火電廠低壓廠用電設(shè)計方案及運行情況

3.1 2010年以前投運的大型火電廠低壓廠用電設(shè)計方案及運行情況

據(jù)調(diào)查在開篇所述的幾大設(shè)計院中，在2008/2009年前，多數(shù)設(shè)計院在0.4kV低壓廠用電系統(tǒng)設(shè)計時多采用IT系統(tǒng)。原因很簡單：系統(tǒng)可靠性好、連續(xù)供電能力強，不會因單相接地直接動作于零序保護跳閘，從而影響電機或饋線運行，甚至影響機組發(fā)電、供電。存在的問題是：因電容電流的大小和電壓成正比關(guān)系，因此0.4kV的IT系統(tǒng)，出項單相接地時，因整段母線的電容電流不足500mA，故此導(dǎo)致小電流接地選線不能動作報警。致使出現(xiàn)單相接地故障后很難查找出故障點，有些電廠甚至是連續(xù)單相接地數(shù)月，帶故障運行。出現(xiàn)這一問題的原因也很簡單：電容電流太小，尤其是多數(shù)接地為非金屬性接地，導(dǎo)致接地點的零序電流更小。一般接地選線廠家提供的零序電流互感器為50/1或100/1，而選線裝置的啟動電流一般為10mA，因此一次側(cè)零序電流需達到500mA以上才能動作，這是無法滿足的條件。零序電流互感器多為硅鋼片鐵芯，為了安裝方便經(jīng)常選用開口式互感器，加大了互感器的漏磁，使其起勵電流更大，致零序互感器輸出更小，精度更差。

3.2 2010年以后投運的大型火電廠低壓廠用電設(shè)計方案及運行情況

除華東院以外的大多數(shù)設(shè)計院，在2008/2009年后，相繼將0.4kV低壓廠用電系統(tǒng)由IT系統(tǒng)改為TN系統(tǒng)，原因是國家電網(wǎng)越來越強大，電力供應(yīng)已經(jīng)變得供大于求，單個電廠或發(fā)電機組的脫網(wǎng)對電網(wǎng)影響很小，因此對電廠的連續(xù)發(fā)電要求降低，也為電廠基建項目節(jié)省了投資。

存在的問題是：根據(jù)DL5153-2014大型火電廠廠用電設(shè)計規(guī)范規(guī)定：PC母線100KW以上電機或饋線（1類以上負(fù)荷），必須設(shè)零序保護，MCC母線電機或饋線的相間短路的靈敏度滿足相地短路的靈敏度要求時，不再單獨設(shè)置零序保護。因此多數(shù)設(shè)計院（化工、鋼鐵、玻璃、水泥等行業(yè)）都沒有設(shè)置零序保護，過流保護用塑殼斷路器實現(xiàn)，熱保護用熱繼或熔斷器實現(xiàn)。

最新現(xiàn)象：當(dāng)電廠0.4kV低壓廠用電（IT系統(tǒng)）MCC饋線或電動機出現(xiàn)單相金屬性（A、B、C三相中的一相對大地）接地時，本回路塑殼斷路器不能跳閘，而是上級PC饋線零序保護越級跳閘，導(dǎo)致大面積失電，故障擴大甚至出現(xiàn)非計劃性停機，影響巨大。而且這一現(xiàn)象已經(jīng)不是某一電廠、某一集團的問題，他成為了影響電廠安全運行的巨大隱患！

低壓廠用電短路計算原則如下：

（1）計及電阻。（2）低壓廠用電高壓側(cè)電壓在短路時可以認(rèn)為不變。（3）當(dāng)動力中心（PC）的饋線回路三相短路時，應(yīng)計及饋線回路的阻抗，但可不計及異步電動機的反饋電流。動力中心（MCC）短路電流，由低壓廠用變壓器及異步電動機兩部分供給，并按相角相同取算數(shù)和計算，可取低壓廠用變壓器容量的60%。

因從故障點看進去：正序阻抗和負(fù)序阻抗相等，0.4kV電纜的感抗遠小于阻抗（4平方毫米的負(fù)序感抗是0.101mΩ/m，電阻為4.3mΩ/m），且零序阻抗遠大于正序和負(fù)序阻抗，為了取得電流極大值，將分子最大化為220V，分母最小化為R=4Ω，得出I=55A。而8KW電機相電流16A，塑殼的過流保護倍數(shù)為7倍，即112A，遠大于單相接地電流55A，所以本回路塑殼斷路器不動作。

結(jié)論：在電廠低壓廠用電MCC中，相間短路的靈敏度不能滿足相地短路的靈敏度要求！

4 解決問題的方法

（1）PC饋線和MCC饋線和電機回路均不加裝零序保護（不符合規(guī)范要求）。（2）PC饋線和MCC饋線和電機回路均加裝零序保護，缺點是投資太大。（3）加裝MCC饋線和電機回路的零序（漏）電流測控裝置，實時監(jiān)測每條線路和電機的漏電流，報警或跳塑殼斷路器的分勵線圈。只報警時可以做狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；也可以分級報警，在故障擴大前排除故障；或者在PC越級跳閘后，可以有效幫助運行人員確定故障抽屜，而不必將所有抽屜拉出后，再送電之后逐一推上抽屜。

5 綜述

電廠0.4kV低壓廠用電系統(tǒng)選用IT或TN系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，都存在單相接地故障難以查找排除的問題，此類故障不影響IT系統(tǒng)的安全運行，而在TN系統(tǒng)中，已經(jīng)到了必須排除故障的地步了，否則會對電廠安全運行帶來很大的風(fēng)險！