淺談400 V 負荷故障分析及保護定值整定計算

梁 剛，盧小琴，肖 闖，趙思意

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615499）

1 引言

繼電保護是電力系統的第一道防線，當電力系統發生故障或異常工況時，在可能實現的最短時間和最小區域內，自動將故障設備從系統中切除，對保證系統的安全穩定運行起著非常重要的作用。分析繼電保護裝置的動作行為，找出事故（事件）的直接原因，提出風險防范及改進措施，是提高繼電保護裝置可靠性及運行管理水平的重要途徑。

2 故障簡介

某電站10 kV G01K01 饋線保護裝置A 相定時限過流保護動作跳閘，斷路器跳開，導致該饋線所帶400 V 母線負荷全部失電。經現場檢查發現，該400 V 母線上一臺臺車滑線器滑線錯位，滑觸線集電器卡死跳槽，且故障發生時，400 V 脫扣器401 及臺車脫扣器4001 均未動作。臺車滑線器電源接線圖如圖1 所示。

3 故障分析

3.1 10 kV 饋線保護裝置動作分析

10 kV 饋線保護裝置采用ABB 公司生產的REF615 K，配置有過負荷保護、定時限過流保護及速斷保護，其整定值見表1。

故障時刻G01K01 保護裝置故障波形，如圖2所示，保護裝置定時限過流啟動時刻，A 相故障電流達到3.895 A（定值為3.47 A），啟動后570 ms，保護邏輯跳閘出口，59 ms 后G01K01 斷路器分閘到位。

圖1 臺車滑線器電源接線圖

表1 G01K01 保護裝置整定值表

圖2 G01K01 保護裝置故障錄波圖

從圖2 可以看出，故障時A、C 相電流相位相差180°，且A 相電流約為C 相電流的2 倍（A 相3.895 A，C 相1.976 A，由于G01K01 保護裝置CT 采用不完全星型接線方式，只采了A、C 相電流，B 相電流由A、C相合成，不能反映真實的B 相故障電流，故不予考慮），是典型的Dyn11 變壓器y 側ac 相相間短路故障，下面介紹一種利用變壓器繞組特征[1]，通過繪圖的方法來分析Dyn11 變壓器故障電流的特征[2]，簡便起見，下面假設：①忽略負荷電流；②電流方向從電源流向故障點為正；③變壓器繞組間的變比為1。分析步驟如下：

（1）根據Dyn11 變壓器連接組別，繪制出Dyn11變壓器的繞組連接圖，如圖3 所示。

（2）當電源在D 側，y 側發生ac 相短路時，短路點-z 繞組-x 繞組形成回路，該回路有短路電流，而y 繞組無電流，繪制出y 側電流。

（3）根據變壓器繞組電流傳變特性繪制出D 側繞組電流，同樣為X、Z 繞組有短路電流，而Y 繞組無短路電流。

（4）根據基爾霍夫電流定律可以繪制出D 側A B C 相電流。

顯而易得，D 側A、C 相電流相位相反，且A 相電流為C 相電流的2 倍，故推斷y 側發生了ac 相相間短路故障。

圖3 Dyn11 變壓器y 側ac 相短路時， D 側和y 側電流示意圖

經現場檢查發現臺車集電器跳槽卡死，a 相集電器正好與c 相滑線槽接觸，導致ac 相發生相間短路故障，故障點處集電器和滑線槽均出現不同程度燒傷，與以上分析相符，10 kV 饋線保護裝置正確動作。

3.2 400 V 斷路器未動作原因分析

G01K01 斷路器跳閘后，400 V 斷路器401 及臺車電源斷路器4001 均未跳閘，401、4001 斷路器整定值表見表2。

表2 401、4001 脫扣器整定值表

通過已知參數及故障波形，可以估算出此次故障時一次短路電流Ik，計算如下：

計算得Ik為3 709.9 A，400 V 脫扣器4001 短路短延時保護定值為4 000 A，脫扣器401 為9 600 A，尚未達到401 與4001 脫扣器短路短延時保護動作定值，通過以上分析，說明400 V 脫扣器短路短延時保護動作定值設置不合理，需要重新整定計算。

4 整改措施

對400 V 脫扣器短路短延時保護動作定值進行重新整定計算，使其與10 kV 饋線保護裝置及各脫扣器之間上下級配合更合理。短路短延時保護應按電流保護的第Ⅱ段限時電流速斷保護的原則整定[3]，應能保護本線路全長及下一線路首端一部分。

短路短延時保護動作電流按與被保護線路下一段線路瞬時電流速斷保護配合來整定[4]：

帶入相關線路及設備負荷參數，計算得401 斷路器的短路短延時脫扣保護定值為3 200 A，4001斷路器的短路短延時脫扣保護定值為2 500 A，延時分別取0.4 s、0.1 s；按被保護線路末端相間短路時的最小短路電流校驗靈敏度符合要求[5]。

5 結語

本文通過對一起400 V 臺車滑線器相間短路故障進行分析，介紹了一種通過繪圖來分析Dyn11 變壓器故障電流特征的方法，該方法簡單方便，可適用于各類型變壓器故障分析，具有廣泛的使用價值.此外，隨著電力系統的不斷發展，用電負荷類型不斷增加，繼電保護裝置與脫扣器之間動作定值的配合應充分給予考慮，使繼電保護裝置及脫扣器動作更具選擇性，盡可能縮小停電范圍，本文對類似接線形式的用電負荷有一定的借鑒意義。