探究高壓廠變低壓側零序過流保護的優化配置

李鈺真

（大唐國際發電股份有限公司北京高井熱電廠，北京 100041）

1 概 述

1.1 電廠簡介

高井熱電廠位于北京市石景山區西部。其中：1、2、5號發電機為燃氣發電機組；3、4號發電機為汽輪發電機組；1、2、3、5號發電機為哈爾濱電機廠生產的320 MW空冷機組；4號發電機為150 MW空冷機組；1、2、5號燃機發電機和1、2、5號主變之間有發電機出口斷路器；3、4號汽機發電機和主變為單元制接線，出口斷路器為主變高壓側開關。二拖一機組（1、2、3號機）通過主變升壓后接入220 kV甲段雙母線，經高泉一線、高泉二線送至溫泉變電站；一拖一機組（4、5號機）通過主變升壓后接入220 kV乙段雙母線，經高遠一線、高遠二線送至遠大變電站。220 kV甲段、乙段雙母線之間設2244和2255分段開關和母聯開關，正常運行方式為甲、乙兩段雙母線分段運行。1、2、5號主變下分別掛接3臺高壓廠變，3、4號主變下不掛接高廠變。高壓廠變低壓側為6 kV電壓段，帶有6 kV低壓廠變和高壓電動機。高壓啟動備用變壓器與二拖一機組接入同一個220 kV系統，作為6 kV及其以下設備的備用電源。

1.2 全網接地方式及設備參數

1.2.1 全網接地方式

220 kV：正常方式下要求1、2、3號主變有且僅有一臺220 kV中性點接地運行，4、5號主變有且僅有一臺220 kV中性點接地運行；20 kV：發電機經變壓器接地；13.8 kV：發電機經變壓器接地；6 kV：經18.2 Ω小電阻接地；380 V：直接接地。

1.2.2 高壓廠變及高備變設備參數

目前，高井熱電廠有3臺高壓廠用變壓器，其設備參數相同：型號為SFZ-25000/20；額定容量為25 000 kVA；電壓比為20×（1±8×1.25%）/6.3 kV；接線方式為Dyn1；接地電阻值為18.2 Ω；

高井熱電廠高備變設備參數：型號為SFZ-25000/220；額定容量為25/25/8.33 MVA；電壓比為230×（1±8×1.25%）/6.3/6.3 kV；接線方式為YNyn0+d；接地電阻值為18.2 Ω。

2 問 題

2.1 高廠變和高備變低壓零序的配置

以高井熱電廠6 kVA段母線為例（如圖1所示），說明高廠變和高備變低壓零序的配置。

2.2 6 kV廠用快速切換裝置介紹

高井熱電廠的6 kV備用電源切換裝置為江蘇金智科技股份有限公司生產的MFC2000-6型微機廠用快速切換裝置。閉鎖快切裝置的切換功能人為操作“退出”，切換的條件有以下幾種。第一，切換完成。裝置一旦啟動切換，無論切換成功或失敗，完成切換程序后都將置于閉鎖狀態。第二，保護閉鎖。某些故障發生保護動作時，為防止備用電源誤投入故障母線，可由這些保護出口啟動裝置閉鎖，即保護閉鎖。第三，開關位置異常。第四，母線PT斷線。第五，后備電源失電閉鎖。第六，裝置自檢異常。除第一和第六條外，其他五個條件發生裝置閉鎖切換情況時，必須待異常情況消除，且經人工復歸報警信號后才能解除閉鎖。

2.3 高廠變低壓側零序過流保護的配置

根據《DL/T1502-2016 廠用電繼電保護整定計算導則》4.3高廠變低壓側單相接地保護的整定計算方案中，對高壓廠用變壓器低壓側中性點經小電阻接地的系統而言，出口方式整定為零序過流保護一時限動作于跳本分支斷路器，閉鎖備用電源切換；零序過流保護二時限動作于停機，啟動備用電源切換[1]。零序過流保護二時限與零序過流保護一時限動作時間配合整定，Δt為時間級差，一般為0.3 s。當高廠變低壓側零序過流保護一時限動作于跳6 kVA段工作進線開關時，閉鎖快切裝置切換，0.3 s后零序過流保護二時限動作于機組全停，并啟動快切裝置切換。

根據快切裝置的“解除閉鎖”條件，高廠變低壓側零序過流保護一時限動作于閉鎖快切裝置切換后，快切裝置切換功能“閉鎖”。要想零序過流保護二時限切動快切裝置切換功能，需在0.3 s的時間內保證快切裝置發出人工復歸報警信號，但在0.3 s的時間內進行6 kV快切裝置的復歸操作，正常人無法做到。按照這個推測，當高廠變低壓側零序過流保護動作時，盡管零序過流保護動作分為一時限和二時限，但最終的動作行為是跳開6 kV進線開關，閉鎖6 kV快切切換，機組全停，零序過流保護二時限的啟動備用電源切換無法實現。

圖1 6～220 kV系統主接線圖

3 高井熱電廠目前的保護配置

高井熱電廠1、2、3號高廠變和高備變低壓側中性點均通過18.2 Ω的小電阻接地。高廠變低壓側零序過流保護分為一時限和二時限，兩個時限的時間級差為0.3 s。一時限跳6 kV工作進線開關（6A00），啟動6 kVA段分支快切；二時限啟動發變組全停，這不符合《DL/T1502-2016廠用電繼電保護整定計算導則》4.3中對高壓廠用變壓器低壓側中性點經小電阻接地的系統的要求。因此，出口方式應整定為零序過流保護一時限動作于跳本分支斷路器，閉鎖備用電源切換；零序過流保護二時限動作于停機，啟動備用電源切換。

4 分析過程

4.1 高井熱電廠6 kV側零序電流計算

高井熱電廠1、2、3號高廠變和高備變低壓側中性點均通過18.2 Ω的小電阻接地。當高廠變低壓側發生單相接地時，接地電流為：

4.2 高廠變低壓側零序過流保護的作用

高廠變低壓側中性點接地方式分為不接地和直接接地（或經小電阻），對中性點不接地系統而言，發生單相接地故障后，一相電壓降低，非接地相電壓升高，三相線電壓不變，接地電流較小，不需立即切除故障，可以運行一段時間后查找故障。對高廠變低壓側中性點經小電阻接地的系統而言，由于中性點接地電阻很小，如果發生單相接地，會造成單相接地短路，接地電流較大，對人身和設備的危害較大，降低了供電的可靠性，需要快速切除故障。高井熱電廠采用的是高廠變低壓側中性點經小電阻接地，接地電阻為18.2 Ω。高廠變低壓側發生單相接地故障后，接地電流為200 A。

5 解決方案

5.1 按照導則進行整定

按照此方案，變更高廠變低壓側零序過流保護的跳閘出口矩陣，需要南自保護裝置廠家重新編程裝置跳閘邏輯。裝置跳閘邏輯編程完成后，繼保車間進行繼電保護定值變更。此方案需要在主變停電時進行，跳閘邏輯重新編制后，進行出口傳動。此外，對發電部進行技術交底，發電部的相關事故處理部分添加“當保護信號首出為‘高廠變低壓側零序過流保護動作’時，以最快速度將快切裝置進行人為復歸”。優點：避免故障擴大，更適用于標準的發變組單元制接線。缺點：（1）根據運行方式，一拖一機組輔機均分布在6 kV的C、D段上，由3號高廠變帶；二拖一機組輔機分布在6 kV的A、B段上，分別由1、2號高廠變帶。如果1號高廠變發生低壓側單相接地故障，6 kVA段失電，1號機組全停，可能影響2、3號機的正常運行，甚至造成非停；如果3號高廠變發生低壓側單相接地故障，6 kV的C、D段失電，一拖一機組全停；（2）如果是瞬時性單相接地故障，造成非停。

5.2 根據高井熱電廠實際運行方式整定

導則只推薦標準，且存在不合理性，因此應根據工廠實際運行方式，具體問題具體分析，不能全部按照導則進行整定。維持原定值不變，高廠變低壓側零序過流保護一時限跳6 kV進線開關，啟動分支快切；二時限啟動全停。但是，為了保證設備的安全，防止快切切換時備用電源投入故障擴大事故，需在備用分支后加速保護投入，以便瞬時切除故障。

目前，高備變保護A、B柜不具備低壓側分支零序過流保護后加速功能，需將高備變保護A、B柜保護裝置重新編程，配置高備變低壓側零序保護后加速功能。快切裝置具備后加速保護功能，高備變保護A、B柜保護裝置配置后加速保護接入接點時，需從快切裝置放電纜到高備變保護A、B柜。此方案可操作性強，周期短，已經與保護裝置、快切的廠家有效溝通，可實現此功能。優點：避免瞬時性接地故障造成停機；避免高廠變低壓側單相接地故障造成其他機組非停。缺點：如果是永久性故障，將擴大故障，比方案一延時切除故障慢0.1 s（通過多次切換報告和錄波波形查看，從6 kV工作開關完全斷開至6 kV備用開關合閘成功，時間為50～52 ms，快切切換時間12 ms＋開關動作時間40 ms）。

6 結 論

根據專題討論結果，一致認為第二種解決方案更適合高井熱電廠的運行方式。與第一種方案相比，第二種方案供電時更具可靠性和穩定性。繼電保護專業根據第二種方案制定整改計劃，聯系高備變廠家更改保護裝置內部設置，增加高備變低壓側零序過流保護后加速功能；從6 kVA的B、C、D段快切裝置至高備變保護A、B柜放置新電纜，實現后加速功能；出具施工圖紙和三措兩案。根據一次設備停電時間完成階段性整改，并進行相關保護調試和傳動。