基于ETAP 的380 V 安全段保護定值優(yōu)化

劉爭光，馬永立，洪琪旭，吳建超

（1.中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300；2.成都海光核電技術(shù)服務(wù)有限公司秦山項目部，浙江嘉興 314300）

0 引言

近幾年來核電基地出現(xiàn)過多起由于下游負荷故障導(dǎo)致的越級跳閘事件。主要故障原因有：①配電箱上游空氣開關(guān)裝了漏電保護器，配電箱的開關(guān)未加裝漏電保護器；②上下級兩個斷路器的保護定值設(shè)置不合理，未能形成合適的級差配合；③下游斷路器缺乏某些保護模式，例如接地保護，當(dāng)下游斷路器負荷發(fā)生單相接地時，上游的斷路器接地保護動作。越級跳閘事故嚴重的話會造成整個配電柜的母線失電，導(dǎo)致配電柜下游重要負荷失電，最惡劣的結(jié)果是造成停堆停機，極大影響核電廠的經(jīng)濟效益。

為了減少發(fā)生越級跳閘事件，本文以某核電380 V 安全段為分析對象，結(jié)合國際主流的繼電保護配合仿真軟件ETAP 來完成繼電保護整定的優(yōu)化。

1 380 V 安全I 段現(xiàn)狀分析

時間定值問題和TCC（時間電流特性）曲線配合問題：

進線開關(guān)411 的短路短延時時間定值t2與下游負荷的供電開關(guān)的短路短延時時間定值t2沒有形成階梯差。

其他定值的設(shè)置是否合適，以及進線開關(guān)411 的定值與負荷開關(guān)的定值的配合是否合適，需進一步分析。以三相短路電流較大或功率較大的負荷：設(shè)備冷卻水泵S06-02A、220 V 1#硅整流器、1#冷凍機組EB605 為例進行分析。

設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開關(guān)的定值與進線開關(guān)411的定值配合情況：

通過EAT 軟件可以畫出進線開關(guān)411 與設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開關(guān)的Star TCC 曲線。其中斷路器的LSI（過載保護、短路短延時保護、瞬時短路保護）TCC 曲線見圖1。

由圖1 可知，進線開關(guān)411 與設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開關(guān)的定值配合存在如下問題：

圖1 設(shè)備冷卻水泵電源開關(guān)與進線開關(guān)411 的TCC 曲線

進線開關(guān)411 與設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開關(guān)的TCC 曲線有個轉(zhuǎn)折點過于接近，有重合的可能，即兩個開關(guān)有同時動作的可能。

220 V 1#硅整流器的電源開關(guān)的定值與進線開關(guān)411 的定值配合情況：

通過 EAT軟件可以畫出進線開關(guān)411 與220 V 1#硅整流器的電源開關(guān)的Star TCC 曲線。其中斷路器的LSI 的TCC 曲線見圖2。

進線開關(guān)411 與220 V1#硅整流器的電源開關(guān)的定值存在如下問題：

220 V 1#硅整流器線路末端三相短路時，流過進線開關(guān)的電流為9.49 kA。根據(jù)圖2 可知，當(dāng)220 V 1#硅整流器線路末端發(fā)生三相短路時，進線開關(guān)411 與220 V 1#硅整流器的電源開關(guān)的瞬時短路保護有同時動作的風(fēng)險。即進線開關(guān)411 的瞬時短路整定值不滿足其整定原則。

圖2 220 V 1#硅整流器電源開關(guān)與進線開關(guān)411 的TCC 曲線

1#冷凍機組EB605 的電源開關(guān)的定值與進線開關(guān)411的定值配合情況：

通過EAT軟件可以畫出進線開關(guān)411與1#冷凍機組EB605 的電源開關(guān)的 Star TCC 曲線。其中斷路器的LSI 的TCC 曲線見圖3。

圖3 1#冷凍機組EB605 電源開關(guān)與進線開關(guān)411 的TCC 曲線

圖3 可知，進線開關(guān)411 與1#冷凍機組EB605 的電源開關(guān)的定值存在如下問題：

進線開關(guān)411 與1#冷凍機組EB605 的電源開關(guān)的TCC 曲線有部分曲線過于接近，有重合的可能，即兩個開關(guān)有同時動作的可能。

2 380 V 安全I 段保護整定

380 V 安全I 段下游負荷主要分為55 kW 及以下的電動機、75 kW 及其以上的電動機、照明箱、動力箱（包含開關(guān)柜組）、220 V 1#硅整流器等，以進線開關(guān)為例進行定值整定計算。

進線開關(guān)411 采用E3N 系列的框架斷路器，其電子脫扣器是PR121/P（LSIG）型。脫扣器的額定電流In=2500 A。

2.1 長延時過負荷保護（L Protection）整定計算

（1）一次動作電流整定值Ir.set按躲過廠用變壓器低壓側(cè)額定電流計算，1#堆用變的低壓側(cè)的額定電流為IT.N=1443 A，則：

式中，動作電流可靠系數(shù)為Krel.i=1.2；整定倍數(shù)為Kr=Ir.set/In=0.7。

（2）動作時間整定值tr.set。按廠用變壓器低壓母線短路時與出現(xiàn)短延時保護最長動作時間top.max=0.4 s 配合計算，3Ir.set動作時間整定值tr.set為：

2.2 短延時短路保護（S Protection）整定計算

（1）按與出線短延時保護最大動作電流Iop.max配合計算，即同1#冷凍機組EB605 電源短延時保護動作電流Iop.max=4200 A 配合計算，則：

式中，整定倍數(shù)為ksd.set=Isd.set/In=2.5。

（3）按反時限動作特性I2t-on，按與下一級保護最大動作時間top.max=0.4 s 配合計算，則：

2.3 瞬時短路保護（I Protection）整定計算

進線開關(guān)411 與各饋出線的保護電器都裝在低壓配電屏內(nèi)，距離不過幾米，在此范圍內(nèi)發(fā)生短路和接地故障的概率很小，不設(shè)置瞬時過電流保護，以避免饋出線故障時進線開關(guān)411無選擇性動作。應(yīng)置最大并退出。

3 結(jié)合ETAP 的Star TCC 曲線驗證

通過重新對相關(guān)定值的計算再結(jié)合ETAP 的Star TCC 曲線進行進一步驗證。為了和圖1、圖2、圖3 形成對比，仍以三相短路電流較大或功率較大的負荷：設(shè)備冷卻水泵S06-02A、220 V1#硅整流器、1#冷凍機組EB605 為例進行分析。

設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開關(guān)的定值與進線開關(guān)411的定值配合情況：通過EAT 軟件可以畫出進線開關(guān)411 與設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開關(guān)的Star TCC 曲線。其中斷路器的LSI 的TCC 曲線見圖4。

由圖4 可知，斷路器新的整定值滿足上下級的選擇性配合。

圖4 設(shè)備冷卻水泵電源開關(guān)與進線開關(guān)411 的TCC 曲線

220 V1#硅整流器的電源開關(guān)的定值與進線開關(guān)411的定值配合情況：通過EAT 軟件可以畫出進線開關(guān)411 與220 V1#硅整流器的電源開關(guān)的Star TCC 曲線。其中斷路器的LSI 的TCC曲線見圖5。

由圖5 可知，斷路器的新的整定值滿足上下級的選擇性配合。

圖5 220 V1#硅整流器的電源開關(guān)與進線開關(guān)411 的TCC 曲線

1#冷凍機組EB605 的電源開關(guān)的定值與進線開關(guān)411 的定值配合情況：通過EAT 軟件可以畫出進線開關(guān)411 與1#冷凍機組EB605 電源開關(guān)的Star TCC 曲線。其中斷路器的LSI 的TCC 曲線見圖6。

由圖6 可知，斷路器新的整定值滿足上下級的選擇性配合。

圖6 1#冷凍機組EB605 電源開關(guān)與進線開關(guān)411 的TCC 曲線

通過ETAP 也驗證了其他負荷的電源開關(guān)保護定值與進線開關(guān)411 的保護定值同樣具有良好的選擇性。

4 結(jié)論

首先通過國際主流的繼電保護配合仿真軟件ETAP 中的Star TCC 曲線功能分析了某核電380 V 安全I 段的保護定值存在如下問題：①整定時間設(shè)置不合理，沒有形成階梯差；②進線開關(guān)411 與某些負荷的電源開關(guān)的TCC曲線過于接近，存在曲線交叉的可能性，也即存在越級跳閘的風(fēng)險；③進線開關(guān)411 與某些負荷的電源開關(guān)的瞬時保護定值配合不當(dāng)，存在三相短路時，進線開關(guān)411 與負荷的電源開關(guān)同時動作的風(fēng)險。

同一被保護設(shè)備，同一保護方式，保護類型相同，動作特性相同，如果保護型號不同，雖整定值計算原則相同，但由于保護動作方程不同，其整定計算方法不同，從而計算整定值結(jié)果就不同。結(jié)合ABB Emax 系列框架斷路器和Isomax S 系列的塑殼斷路器的保護動作方程，對380 V 安全I段的進線開關(guān)和下游負荷的電源開關(guān)的整定值進行了重新計算，并利用ETAP 中 的Star TCC 曲線功能進行了驗證，結(jié)果表明：在新的整定值下，各負荷的電源開關(guān)與進線開關(guān)411 有良好的級差配合。