一起10 kV快切裝置動(dòng)作原因分析探討

陳蘭鑫，雷定森

（酒鋼集團(tuán)宏晟電熱公司供電分公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

由于冶金企業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性和不間斷供電的特點(diǎn)，為了保證供電安全可靠性，各個(gè)變電開關(guān)站的接線方式多為單母線分段，目的就是保證在某一路電源故障或者需要停電檢修時(shí)，另一路電源可以接帶全部的負(fù)荷，使生產(chǎn)用電不受影響。

目前，酒鋼集團(tuán)公司10 kV 配電網(wǎng)內(nèi)各變電站均配置備自投裝置來實(shí)現(xiàn)工作電源與備用電源之間的切換。由于備自投都是低壓啟動(dòng)（70%額定電壓）、殘壓切換（30% 額定電壓），時(shí)限長，在備用電源投入前，工作母線電壓已經(jīng)降到30%以下，對于電動(dòng)機(jī)來講，低電壓保護(hù)基本都已動(dòng)作跳閘，在備用電源投入后也無法自啟，電壓的波動(dòng)造成生產(chǎn)設(shè)備跳閘，影響正常的生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至設(shè)備安全事故。備自投實(shí)際上并沒有真正起到保障供電連續(xù)性和可靠性。

主要原因是裝置起動(dòng)過遲，備自投完成動(dòng)作的過程持續(xù)時(shí)間長達(dá)1～2 s，甚至更長。所以，除焦化、煉鐵等重要工序變電站的備自投運(yùn)行以外，網(wǎng)內(nèi)其他站所的備自投都沒有投入運(yùn)行。從2019 年開始立項(xiàng)對公司10 kV 配電網(wǎng)內(nèi)各變電站的備自投裝置改造為快切裝置，優(yōu)先完成了3個(gè)煉鐵開關(guān)站、煉鋼、焦化等站所的快切改造，投運(yùn)后在2次故障情況下工序生產(chǎn)未受影響，確保了穩(wěn)定連續(xù)的供電。

但是在2019年對二煉鐵10 kV開關(guān)站由備自投改造為快切裝置，投運(yùn)后均正常，在11 月份發(fā)生一起正常運(yùn)行時(shí)快切動(dòng)作切除受電故障，事故后對動(dòng)作原因進(jìn)行了分析。

1 事故現(xiàn)象

2019 年11 月6 日10:06 二煉鐵開關(guān)站10 kV 二受電在正常運(yùn)行的情況下，受電斷路器跳閘，快切裝置動(dòng)作合上10 kV 分段斷路器，快切裝置報(bào)文顯示快切逆功率啟動(dòng)動(dòng)作。各饋出線無跳閘和其他異常狀態(tài)，詢問現(xiàn)場用戶低壓系統(tǒng)也沒有跳閘的設(shè)備。

2 原因分析

二煉鐵開關(guān)站電源引自110 kV 總降變電所10 kVⅠ、Ⅱ段母線，運(yùn)行方式為10 kV 單母線分段運(yùn)行，10 kV 分段熱備，快切裝置投入運(yùn)行。故障發(fā)生后，技術(shù)人員趕到現(xiàn)場，對快切裝置動(dòng)作的原因進(jìn)行了調(diào)查和綜合判斷。當(dāng)日因2 座高爐休風(fēng)，設(shè)備停機(jī)較多，二煉鐵開關(guān)站的用電負(fù)荷降低。其中10 kV 二受電電流290 A，在10 kV 二段2#礦槽除塵風(fēng)機(jī)停機(jī)后降為150 A。由于負(fù)荷瞬間降低，10 kV 2#電容器（2 400 kVar）對二段無功功率過補(bǔ)償，過補(bǔ)電流104 A，超過了快切裝置逆功率啟動(dòng)動(dòng)作電流75 A 的整定值，導(dǎo)致10 kV 快切裝置逆功率啟動(dòng)切除10 kV二受電。

通過查閱快速無擾動(dòng)備用電源替續(xù)控制系統(tǒng)說明書，與逆功率啟動(dòng)相關(guān)的主要定值有：逆功率電壓門檻定值、逆功率啟動(dòng)延時(shí)定值、逆功率電流啟動(dòng)定值。

逆功率電壓門檻定值主要用來防止對側(cè)變電站相鄰線路故障時(shí)快切裝置頻繁起動(dòng)，一般取90%～95%。逆功率起動(dòng)延時(shí)定值按躲過“對側(cè)變電站相鄰線路快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間+該線路配出開關(guān)的跳閘時(shí)間”整定，一般推薦取100 ms。逆功率電流啟動(dòng)定值是依據(jù)受電額定電流的5%來取值。功率方向的檢查由快切裝置完成，一般不需設(shè)定定值。但必須經(jīng)確認(rèn)功率方向正確后方能投用本啟動(dòng)方式。

二煉鐵開關(guān)站母線接有固定電容器組，在負(fù)荷降低到一定數(shù)量，如果電容器組不及時(shí)退出運(yùn)行，就會(huì)造成無功過補(bǔ)償。該站采用的是甲公司生產(chǎn)的快切裝置，快切裝置中的事故切換逆功率啟動(dòng)功能只有一個(gè)啟動(dòng)延時(shí)和啟動(dòng)電流定值。見圖1。

圖1 逆功率起動(dòng)邏輯圖

通過與其他站所使用的乙公司快速切換裝置的特點(diǎn)和切換功能、動(dòng)作邏輯等進(jìn)行了比較和分析，乙公司逆功率啟動(dòng)切換中加了一條輔助判據(jù)，即，線電壓小于逆功率電壓門檻條件，才會(huì)判相應(yīng)相別逆功率元件動(dòng)作。否則在正常運(yùn)行即使產(chǎn)生超過定值的逆功率時(shí)，裝置也只會(huì)閉鎖并發(fā)出逆功率告警信號(hào)，而不會(huì)動(dòng)作。

通過分析，也反映出技術(shù)人員對快切裝置在各種運(yùn)行方式下的動(dòng)作邏輯考慮不周，對快切的整定值和現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行條件沒有很好地結(jié)合，快切裝置定值給定沒有考慮無功功率最大倒送數(shù)值，只是按照常規(guī)理論數(shù)值給定了事故切換定值，逆功率電流啟動(dòng)定值按5%給定，未能對不同運(yùn)行方式下快切裝置功能提出要求，快切裝置的運(yùn)行存在缺陷。[1-2]

3 改進(jìn)對策

二煉鐵開關(guān)站在高爐休風(fēng)的運(yùn)行方式下，負(fù)荷減小且電容器組由于不能自動(dòng)投切可能產(chǎn)生逆功率，10 kV 2 400 kVar 固定式電容器組，其額定電流約為138.6 A，10 kV 二受電電流互感器變比1500/5，依據(jù)逆功率啟動(dòng)定值5%In，計(jì)算為75 A。根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況對逆功率啟動(dòng)動(dòng)作電流整定值重新進(jìn)行了核算和修改，將啟動(dòng)電流放大至10%In，計(jì)算為150 A。躲過電容器組過補(bǔ)償引起的非故障性逆功率情況，滿足了快切裝置的運(yùn)行條件。2020 年3 月高爐休風(fēng)在電容器沒有退出時(shí)，負(fù)荷突降導(dǎo)致逆功率后進(jìn)行了對比，逆功率電流值沒有達(dá)到整定值，有效避免了快切裝置非故障性逆功率誤動(dòng)作切受電的事故。

但是調(diào)整快切裝置逆功率啟動(dòng)整定值，也存在故障導(dǎo)致發(fā)生逆功率時(shí)，影響快切裝置動(dòng)作靈敏性，較小的逆向電流不能正確啟動(dòng)快切裝置。所以考慮對現(xiàn)有的固定式電容器組改造為智能自投切式，加裝智能自投切控制器，能夠依據(jù)母線功率因數(shù)變化自動(dòng)控制補(bǔ)償容量，避免無功過補(bǔ)償對供電系統(tǒng)造成的影響和危害。另外向生產(chǎn)廠家進(jìn)行反饋，將所需功能、動(dòng)作邏輯等進(jìn)行完善，對裝置軟件進(jìn)行升級。

4 結(jié)語

由于冶金供電系統(tǒng)復(fù)雜多樣，變電站母線所帶設(shè)備多為異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、高壓并聯(lián)電容器組及發(fā)電機(jī)等。例如10 kV 電網(wǎng)的部分變電站在工作母線接有余熱發(fā)電機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)只需從電網(wǎng)吸收很小的功率，甚至還會(huì)向電網(wǎng)倒送功率，這種情況下，基于電流幅值和功率方向的啟動(dòng)判據(jù)就存在問題。快切裝置任何一種啟動(dòng)判據(jù)都無法適用于所有場合，通過此次快切動(dòng)作所反映出的問題，舉一反三，吸取教訓(xùn)，針對冶金電網(wǎng)用電性質(zhì)和各種運(yùn)行方式以及負(fù)荷潮流的變化等，結(jié)合后續(xù)其他開關(guān)站所快切裝置的改造和實(shí)際運(yùn)行方式、設(shè)備、負(fù)荷性質(zhì)，有針對性地根據(jù)動(dòng)作邏輯給定定值參數(shù)，升級裝置軟件，避免類似故障的發(fā)生，確保穩(wěn)定供電。