循泵房配電系統三極雙電源切換裝置應用分析

丁帥永

摘要：某核電廠循泵房配電系統為保障循泵輔助負荷電源可靠性，采用三級雙電源切換裝置提供冗余電源。三極雙電源切換裝置應用使系統內產生非預期的電流路徑，影響保護整定計算和配合，降低電源可靠性。本文分析三極雙電源切換裝置對電流路徑變化、保護整定計算、保護配合的影響，提出合理的保護整定原則和保護配合修改建議，對類似問題整改及后續項目設計具有借鑒意義。

關鍵詞：三極雙電源切換裝置? 電流路徑? 接地保護? 保護配合

長期以來，低壓配電系統設計未得到足夠重視，在系統設計、設備選型等方面還存在諸多問題，威脅配電系統的可靠運行，其中，雙電源切換開關的選型不當甚至會影響人身安全[1-2]。某核電廠循泵房低壓交流配電系統（以下簡稱為循泵房配電系統）采用TN-S接地型式，電機控制中心進線采用三極雙電源切換裝置（以下雙電源切換裝置簡稱ATS），循泵房兩段電源間N線連通不能被切斷，使系統產生非預期電流路徑。在電機控制中心饋線發生單相短路（相線N線短路，本文中稱此為單相短路）將可能導致電機控制中心母線同時失去兩路電源。本文重點分析采用三極ATS后N線連通對電流路徑、保護整定計算和保護配合的影響，并提出具有普遍適用性的改進建議。

1 循泵房配電系統配置

1.1循泵房配電系統概況

循泵房配電系統概況如圖1所示。干變低壓側配置CT作為SEL-351接地保護輸入，用于跳閘負荷中心（以下負荷中心簡稱LC）進線斷路器;LC采用ABB Emax斷路器配置PR122電子脫扣器，其中LC進線、母聯采用四極開關、LC饋線采用三極開關;電機控制中心（以下電機控制中心簡稱MCC）進線采用ASCO 7000系列或OTM800 PC級三極ATS，無電流保護功能;MCC饋線分為4種：（1）Tmax塑殼斷路器配置PR221電子脫扣器;（2）Tmax塑殼斷路器配置TMD或TMA脫扣器;（3）Tmax塑殼斷路器配置MF或MA脫扣器附加simocode;（4）Tmax塑殼斷路器（配置MA、MF或PR221電子脫扣器）和熱繼電器，部分MCC饋線配有接地故障繼電器。

1.2循泵房配電系統保護配置

循泵房配電系統保護配置類型如圖1，其中LC饋線及MCC饋線詳細保護配置如表1所示。配電系統采用剩余電流原理的接地保護，判據為? ?[3]。接地保護配合關系為：干變低壓側SEL裝置接地保護采用反時限，LC進線、LC母聯、LC饋線接地保護、MCC饋線接地保護（如有）采用定時限，上下游動作曲線互相配合，LC斷路器接地保護動作電流取最小可整定值。對于未配置接地保護的MCC饋線回路，采用短路短延時或速斷保護兼做單相接地保護，如靈敏系數不滿足，則配置單獨的接地保護。

2 N線連通對電流路徑的影響

MCC進線采用三極ATS使N線連通，以E32為例，采用電流路徑分析法，分析系統N線連通對電流路徑的影響。如圖2所示，LC母線E3、F3分列運行，LC饋線E32（52-1）和E32（52-2）合閘，E32由E3帶載。當E32母線存在不平衡電流（極端情況如線路末端單相短路），不平衡電流在連通N線處分流，一部分In1正常流回E3段干變中性點，另一部分In2通過非預期電流路徑經F3段N線、F3段接地點、E3段接地點流回E3段變壓器中性點。可見，N線連通導致E3段N線電流減小In2，F3段N線流過非預期電流In2。因此LC母線進線斷路器E3M（52）/F3M（52）、LC饋線斷路器E32（52-1）/E32（52-2）均檢測到接地故障電流? ，判斷發生接地故障，而實際接地故障并不存在。

3 電流路徑變化對保護配合的影響

由章節2的分析可知，N線連通只會影響N線電流路徑，不會導致相線電流的變化，LC進線、LC母聯、LC電源饋線、MCC饋線L和S（或I）保護均使用相電流作為保護判斷的輸入，故N線連通不影響L、S或I保護配合關系。

以下首先說明短路電流計算方法，然后分析MCC饋線單相短路，N線連通對LC斷路器接地保護正確動作的影響。

3.1短路電流計算方法

計算短路電流時只考慮直接短路，不考慮非金屬性短路;保護配合關系分析時，需考慮非直接短路時保護動作曲線的配合。低壓系統短路電流使用有名值計算較為方便，低壓系統單相接地短路計算引入相保阻抗的概念，計算公式如下：

式中，R（1）、R（2）、R（0）、X（1）、X（2）、X（0）、Z（1）、Z（2）、Z（0）分別表示短路電路正序、負序、零序電阻，正序、負序、零序電抗，正序、負序、零序阻抗;Rphp、Xphp、Zphp分別表示短路電路相線-保護線回路（簡稱相保）電阻、相保電抗、相保阻抗;R（0）.ph、X（0）.ph、Z（0）.ph分別表示電纜相線的零序電阻、電抗、阻抗。R（0）.p、X（0）.p、Z（0）.p分別表示電纜N線或PE線的零序電阻、電抗、阻抗; 表示電壓系數，計算單相接地、三相短路電流時分別取1、1.05;Un表示標稱線電壓;RS、RT、Rm、RL（XS、XT、Xm、XL）分別表示系統、干變、母線、電纜電阻（電抗）;Rphp.s、Rphp.T、Rphp.m、Rphp.L（Xphp.s、Xphp.T、Xphp.m、Xphp.L）分別表示系統、干變、母線、電纜相保電阻（電抗）。

3.2 MCC饋線單相短路導致LC斷路器越級跳閘

以MCC饋線2與LC電源饋線E32為例說明N線連通對保護配合關系的影響。MCC饋線2短路電流計算各元件參數如表2。

使用表2參數和3.1短路計算方法得出MCC饋線2末端單相短路電流Ik1=289.5A。如圖3所示，LC E32電源饋線G保護設定值126A，延時0.2s（定時限），MCC饋線2在線路末端單相短路時動作時間為2.5s，此時In1=In2=289.5/2=144.75A（MCC兩路進線N線長度截面相同），對于上游兩路LC E32電源饋線斷路器IG=In2=144.75A>126A ，在MCC饋線斷路器動作前，上游兩路LC電源饋線斷路器接地保護動作越級跳閘，即使饋線2按如上原則配置接地保護，在此情況下也不能避免LC電壓饋線斷路器越級跳閘。

4 合理化建議

4.1 更改整個配電系統接地保護判據

LC斷路器越級跳閘根本原因是N線連通時的分流作用，現LC接地保護判據采用剩余電流原則? 時，N線電流的變化對接地保護的正確動作影響較大，建議將其更改為零序電流原則? ，使N線電流的變化不會影響接地保護的正確動作。

將接地保護改為零序電流原則 的具體方案：干變低壓側零序CT位置調整至N線和干變中性點之間[4];LC斷路器采用PR122電子脫扣器，通過菜單設置關閉中性線保護即可 ，對于LC饋線，還可通過取消外部N線傳感器實現[5];配置接地保護的MCC饋線回路只將A、B、C相穿過穿心CT即可，同時適當調整各接地保護定值。

4.2 重新調整保護配合關系

為實現保護的選擇性，可采取MCC饋線與其上級斷路器接地保護的配合[6]，即對原先未配置接地保護的MCC饋線回路，要求過流保護（包括反時限過流、速斷過流或定時限過流）與上級LC饋線的零序電流原則接地保護作配合，通常當MCC饋線回路采用PR221時，其S/I定值調整范圍大可滿足要求，如不滿足要求，則對其增加零序原則接地保護。對本例中的饋線2（負載電流14A）可增加零序電流原則的接地保護，定值按躲過不平衡電流設定，其動作值遠小于上級接地保護動作值126A，保證上下級全選擇性配合。

5 結語

本文通過分析三極雙電源切換裝置對循泵房配電系統電流路徑、保護整定計算和保護配合的影響，結合實例計算表明，MCC饋線發生單相短路（相線N線短路）時，存在MCC兩路LC電源饋線斷路器同時越級跳閘的情況。提出將整個配電系統接地保護由剩余電流判據改為零序電流判據，對未配置接地保護的MCC饋線，重新校核其過流保護與上級LC饋線接地保護的配合關系，如配合困難則對其增加零序電流判據的接地保護，通過這些措施，可有效避免MCC饋線故障導致越級跳閘故障。后續機組在設計階段，多電源配電系統承擔電源轉換功能的裝置，如ATS、LC母聯斷路器、就地控制箱中的接觸器切換電源裝置，應避免出現兩路電源N線連通的情況，防止對保護的正確動作產生影響，也便于全廠配電系統保護整定原則統一。

參考文獻

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[6]王海峰，李浩，國旭.發電廠低壓廠用電越級跳閘——零序保護整定值應用分析[J].電力設備管理，2021（1）：96-97.