欠壓脫扣器延時(shí)繼電器在廠用400?V系統(tǒng)的應(yīng)用

趙秋石

(甘肅大唐白龍江發(fā)電有限責(zé)任公司麒麟寺水電站，甘肅 隴南 746412)

欠壓脫扣器延時(shí)繼電器在廠用400?V系統(tǒng)的應(yīng)用

趙秋石

(甘肅大唐白龍江發(fā)電有限責(zé)任公司麒麟寺水電站，甘肅 隴南 746412)

分析了某水電站廠用400 V系統(tǒng)因雷電沖擊引起電壓閃變，導(dǎo)致廠用系統(tǒng)開關(guān)欠壓脫扣器保護(hù)動(dòng)作的原因，提出了增加延時(shí)繼電器來躲過因雷電沖擊引起的廠用系統(tǒng)短時(shí)失壓時(shí)間的改造方法。實(shí)施改造后廠用電系統(tǒng)經(jīng)受了多次雷電沖擊試驗(yàn)的考驗(yàn)，效果較好。

廠用電；雷電沖擊；欠壓脫扣器；全廠失壓；延時(shí)繼電器

0 引言

某水電站于2008年投產(chǎn)。電站共有3臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，總裝機(jī)容量為111 MW。電站主接線為單母線接線方式，最高出線電壓等級(jí)110 kV，通過2條出線送至甘肅省文縣早陽變電站。

1 廠用400 V系統(tǒng)運(yùn)行方式及面臨問題

圖1 廠用系統(tǒng)接線

該水電站廠用400 V系統(tǒng)設(shè)置3段母線，接線如圖1所示。其運(yùn)行方式為：當(dāng)1F，3F機(jī)組運(yùn)行時(shí)，分別供400 V I段、400 V III段母線，400 V I段、III段母線分列運(yùn)行。即401，403開關(guān)合閘，廠用聯(lián)絡(luò)開關(guān)421，423在分閘位置，400 V廠用I，III段母線供全站廠用，并且互為冗余。

當(dāng)1F，3F機(jī)組停機(jī)時(shí)，1B，3B主變壓器由系統(tǒng)倒送，經(jīng)11B，13B廠用變壓器至400 V I段、III段母線，400 V I段、III段母線分列運(yùn)行供廠用電。400 V II段母線長(zhǎng)期備用，402開關(guān)分閘。

該水電站地處秦嶺山脈，汛期時(shí)雷雨天氣多發(fā)，頻頻導(dǎo)致廠用400 V系統(tǒng)開關(guān)瞬時(shí)欠壓脫扣器保護(hù)由于雷電沖擊瞬時(shí)故障引起欠壓脫扣器動(dòng)作，401，403開關(guān)跳閘，造成全站廠用電失壓事故，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，解決雷電沖擊導(dǎo)致的廠用電系統(tǒng)失電問題迫在眉睫。

2 采用欠壓脫扣器設(shè)置延時(shí)的原因

電站廠用400 V系統(tǒng)開關(guān)采用MT20N2型固定式空氣斷路器，自帶MN型欠壓脫扣器保護(hù)。其工作原理是：欠壓脫扣器與銜鐵相連的拉桿和斷路器的脫扣桿間有一定的間隙，當(dāng)線路電壓在85 %Ue—110 %Ue(額定電壓)時(shí)，視為正常電壓，欠壓脫扣器銜鐵被其鐵芯線圈吸住；當(dāng)線路電壓下降至低于70 %Ue時(shí)，欠壓脫扣器的鐵芯線圈電磁力不足以吸引銜鐵，銜鐵脫開并帶動(dòng)拉桿撞擊斷路器脫扣桿，使斷路器跳閘。欠壓脫扣器動(dòng)作范圍為35 %Ue—70 %Ue，Ue為400 V。實(shí)測(cè)動(dòng)作值為180—200 V，約為45 %Ue—50 %Ue。當(dāng)受電網(wǎng)欠壓或失壓運(yùn)行時(shí)，欠壓脫扣器無延時(shí)動(dòng)作跳開開關(guān)、斷開電源，無法保護(hù)電纜、電力設(shè)備等負(fù)載免受低電壓運(yùn)行危害。

通過對(duì)該站2015-06-23，2015-07-13，2016-05-09等雷電沖擊引起的瞬時(shí)故障波形進(jìn)行小樣本分析，瞬時(shí)雷擊故障波形幅值波動(dòng)范圍在20 %Ue—60 %Ue，故障持續(xù)時(shí)間約3—4個(gè)周波，即 60—80 ms。

針對(duì)雷擊瞬時(shí)故障持續(xù)時(shí)間較短這一特點(diǎn)，采用設(shè)置短延時(shí)閉鎖欠壓脫扣器保護(hù)動(dòng)作，以躲過雷擊瞬時(shí)故障引起的電壓瞬變導(dǎo)致的廠用400 V系統(tǒng)開關(guān)欠壓脫扣器脫扣、開關(guān)跳閘、廠用電失電問題。

3 欠壓脫扣器設(shè)置延時(shí)的影響及對(duì)策

欠壓脫扣器設(shè)置延時(shí)后，勢(shì)必對(duì)電網(wǎng)及廠用負(fù)載等產(chǎn)生影響，對(duì)其分析及處理對(duì)策如下。

(1) 對(duì)電網(wǎng)的影響。相對(duì)于火電站廠用負(fù)載電壓等級(jí)高、容量大的特點(diǎn)，水電站廠用電系統(tǒng)工作電壓為380 V，負(fù)載主要由間斷啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)，如壓油泵、空壓機(jī)、循環(huán)水泵、滲漏泵電動(dòng)機(jī)以及不常啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)(如檢修泵、起重設(shè)備電動(dòng)機(jī)等)組成，且負(fù)載容量相對(duì)較小，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響較小。以該水電站為例，廠用負(fù)載總?cè)萘考s1 MW，間斷啟動(dòng)負(fù)載約占20 %，間斷啟動(dòng)最大負(fù)載為每3—10 min起動(dòng)1次的30 kW機(jī)組壓油泵。不常用負(fù)載約占80 %，多為檢修時(shí)啟動(dòng)。

電網(wǎng)欠壓運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)電壓在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)時(shí)，負(fù)載電機(jī)自啟動(dòng)，拉低系統(tǒng)電壓，對(duì)電網(wǎng)造成不利影響。但如果將欠壓脫扣器延時(shí)設(shè)置為0.5 s，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低后又在0.5 s內(nèi)恢復(fù)時(shí)，負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)速變化極小，且自啟動(dòng)電流約為(1.1—1.3)Ue，對(duì)電網(wǎng)電壓的影響較小。另外，負(fù)載電機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生(6—8)Ie的啟動(dòng)電流，同時(shí)拉低系統(tǒng)電壓。此時(shí)如果恰遇系統(tǒng)電壓降低，將使系統(tǒng)運(yùn)行工況更加劣化。因廠用負(fù)載電動(dòng)機(jī)控制回路均已配置軟啟動(dòng)器，故可通過電動(dòng)機(jī)控制回路的軟啟動(dòng)器來減小啟動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)，降低對(duì)系統(tǒng)電壓的影響。當(dāng)廠用電系統(tǒng)電壓確已低至軟啟動(dòng)器設(shè)置的“起始電壓”值以下時(shí)，軟啟動(dòng)器“啟動(dòng)超時(shí)”動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)停止起動(dòng)。

(2) 對(duì)廠用負(fù)載側(cè)電動(dòng)機(jī)的影響。電網(wǎng)嚴(yán)重欠壓運(yùn)行時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩與運(yùn)行電壓的平方成正比，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將迅速下降。當(dāng)最大轉(zhuǎn)矩下降至低于負(fù)載阻尼轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)發(fā)生過載、堵轉(zhuǎn)，使其工作電流急劇上升，使電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組絕緣降低，甚至發(fā)生短路故障，燒毀電動(dòng)機(jī)。為解決此問題，根據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置軟啟動(dòng)器“反時(shí)限過載保護(hù)”參數(shù)和“啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)”參數(shù)，保證當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作電流達(dá)到堵轉(zhuǎn)電流((4—8)Ie額定電流)等嚴(yán)重故障時(shí)，其動(dòng)作時(shí)限小于欠壓脫扣整定延時(shí)，優(yōu)先于欠壓脫扣器保護(hù)前動(dòng)作，切除故障電動(dòng)機(jī)，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)設(shè)備。

4 加裝欠壓脫扣器延時(shí)繼電器工作原理

選擇與原MN/UVR型欠壓脫扣器匹配的施耐德33682延時(shí)單元。其工作原理：斷路器正常工作時(shí)，母線電源通過欠壓脫扣延時(shí)單元對(duì)欠壓脫扣器充電，使其保持吸合并監(jiān)視母線電壓，同時(shí)欠壓脫扣延時(shí)單元裝置內(nèi)部?jī)?chǔ)存電能。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于35 %Ue—70 %Ue或瞬時(shí)失電時(shí)，電源無法提供足夠的電壓保證欠壓脫扣器吸合，此時(shí)欠壓延時(shí)單元釋放儲(chǔ)備的電能對(duì)欠壓脫扣器放電，使其延時(shí)動(dòng)作。欠壓脫扣器延時(shí)工作原理如圖2所示。

圖2 欠壓脫扣器延時(shí)單元工作原理

綜上，欠壓脫扣器延時(shí)整定為0.5 s。改造后的回路實(shí)物如圖3所示。

圖3 欠壓脫扣器回路加裝延時(shí)繼電器

5 改造效果

回路改造完成后，當(dāng)年6月11日、6月30日、8月6日發(fā)生了多起雷電沖擊瞬時(shí)故障，通過故障波形與改造前故障波形進(jìn)行對(duì)比分析，回路改造達(dá)到了良好的效果。以當(dāng)年8月6日雷電沖擊瞬時(shí)故障波形分析為例，改造后，在雷擊瞬時(shí)故障持續(xù)時(shí)間(60—80 ms)內(nèi)，系統(tǒng)沖擊電壓為36 %Ue，低于欠壓脫扣器整定動(dòng)作值，且未達(dá)到欠壓脫扣器整定延時(shí)0.5 s，欠壓脫扣器可靠不動(dòng)。這樣有效避免了系統(tǒng)瞬時(shí)故障引起的電壓閃變導(dǎo)致欠壓脫扣器脫扣、廠用開關(guān)跳閘、廠用電系統(tǒng)失電事故。

6 結(jié)束語

廠用400 V系統(tǒng)欠壓脫扣器保護(hù)加裝延時(shí)繼電器后，能保證低壓廠用電系統(tǒng)處于欠壓或失壓狀態(tài)時(shí)，在達(dá)到整定延時(shí)后仍能可靠動(dòng)作切除負(fù)荷，防止廠用設(shè)備因長(zhǎng)時(shí)間處于低電壓工作狀態(tài)而損壞；同時(shí)解決了電力系統(tǒng)發(fā)生雷電沖擊故障引起的電壓瞬變導(dǎo)致欠壓脫扣器動(dòng)作、廠用電系統(tǒng)失電問題，為實(shí)現(xiàn)“無人值班、少人值守、流域調(diào)度、集中控制”方式奠定基礎(chǔ)，機(jī)組應(yīng)急啟動(dòng)能力提高，運(yùn)行人員事故處理壓力減輕，為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供可靠保障。

1 全國低壓電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 14048.2—2008低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

2 電力行業(yè)繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).DL/T 1502—2016廠用電繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2016.

3 馬宇輝，吳文宣，江道灼.取消低壓斷路器欠壓(失壓)脫扣功能的危害及對(duì)策[J].繼電器，2007，35(9)：71-74.

2017-06-18。

趙秋石(1983—)，女，工程師，主要從事水力發(fā)電廠電氣二次設(shè)備（包括保護(hù)、勵(lì)磁、自控、儀表）檢修管理等工作，email：175616952@qq.com。