一次6kV廠用電系統接地的故障分析及整定計算

余 芳 王文志

（深圳廣前電力有限公司，廣東 深圳 518051）

發電廠6kV廠用系統一般都采用變壓器中性點經電阻接地的形式，以降低6kV系統出現單相接地時的接地電流[1]。某電廠6kV高壓廠用系統為變壓器中性點經 728Ω的電阻接地系統，廠用電正常由高廠變供電，#3臺機組共用一臺啟備變作為備用電源，工作電源和備用電源經快切裝置自動切換。高壓廠用電一次系統如圖1所示。

圖1 #1機廠用6kV一次接線圖

1 故障經過及原因分析

在一次啟備變檢修停電過程中，#1機6kV發接地報警，零序電壓為47.3V，同時啟備變低壓側零序保護動作于發信，動作二次電流0.53A。一次檢查未發現接地點，二次檢查發現啟備變低壓側零序CT變比整定計算為10/1，實際為5/1，因此將啟備變低壓側零序保護動作二次定值由0.28A修改為0.56A，對應一次電流為2.8A。

啟備變檢修完成后，將低壓側開關061送至工作位后，#1機6kV再次發接地報警，零序電壓為50.1V，啟備變低壓側零序保護不動作。低壓側開關061拉至檢修位，接地報警消失。

根據以上操作情況和錄波圖可判斷為啟備變低壓側開關061故障，檢查發現#1機6kV備用電源進線開關B相真空包有發熱現象，真空絕緣已破壞。真空包絕緣破壞應發生在啟備變停電前，由于啟備變在熱備用中，備用電源進線開關兩側電位差接近零，故缺陷未暴露，當啟備變高壓側開關斷開后，061開關母線側電壓為6kV，備用進線側為零，兩側產生電位差，導致B相真空包被擊穿，B相經728歐的電阻接地。接地電流回路如圖2所示。

圖2 接地故障電流回路

送電時啟備變零序未正確動作，下面重點分析和計算啟備變零序電流。

在分析和計算啟備變零序電流之前，先介紹6kV零序電流的整定情況，變壓器中性點經728歐高阻接地，故在6kV直接接地時，接地阻性電流不大于5 A，容性電流根據設計說明不大于3 A，因此將6kV低壓變和6kV電機的零序電流整定為2.4 A，延時1s報警。高廠變和啟備變零序電流定值與之配合，整定為2.8 A，1.5s，報警[2]。

2 仿真計算

2.1 忽略容性電流

在由于B相接地導致中性電壓偏移，所以接地電流由阻性和容性電流合成。

阻性電流：

容性電流：由于當時發電機在停機狀態，6kV母線負載較少，根據設計資料可估算出此運行方式和負載條件下，單相直接接地的容性電流約為1A，而經高阻接地容性電流還將小于單相直接接地的容性電流，所以先忽略容性電流作定性分析。

在以上簡化后的等效電路圖，如圖3所示。

圖3 不考慮容抗時的等效電路

根據等效電路圖，可得6kV母線電壓矢量如圖4所示。

圖4 不考慮容抗時6kV母線電壓矢量關系

根據矢量圖計算，此時 6kV母線零序電壓為1.5U，當時6kV母線線電壓為6.4kV，由此得二次零序電壓為 53.3V，啟備變零序電流為 2.53A，Uab夾角為139.25。

2.2 考慮當時負荷時的容性電流

停機狀態下，6kV的幾臺泵在備用狀態，主要負載僅為幾臺廠變，由于中性點的偏移，產生一定容性電流，考慮當時6kV的負載容性阻抗影響后，等效電路如圖5所示。

圖5 考慮故障時負載容抗時的等效電路

采用Multisim軟件仿真，仿真圖及計算結果如圖6所示。

圖6 考慮故障時負載容抗時的等效電路仿真計算

計算得二次零序電壓為51.87V，啟備變零序電流為2.6A，Uac夾角為82.6度。實際零序電壓保護動作值50.1 V，錄波顯示Uac夾角為83.78度。實際與理論計算值非常接近。

2.3 考慮正常開機時負荷的容性電流

如果正常運行時，在第二種情況已有負荷的基礎上，再考慮一臺給水泵、一臺凝結水泵各和兩臺循泵運行。

根據設計資料，對地電容比第二種情況大約增大一倍。仿真圖及計算結果如圖7所示。

圖7 考慮正常開機時負荷的容性電流等效電路仿真計算

計算得二次零序電壓為49.07V。Uac夾角為83.48度。啟備變零序電流為2.875A。

2.4 故障電流特征

從以上分析，對于此次故障情況，可以得出以下結論：

（1）原有啟備變零序電流整定值無法正確動作。

（2）啟備變和高廠變的零序故障電流與6kV負載電容值有關，6kV負載電容值越大，啟備變零序故障電流越大，而高廠變的零序故障電流越小。

（3）啟備變零序故障電流，6kV空載下為2.53A，機組正常運行時為2.875A。

3 處理對策

（1）如果不改變整定定值，在此故障情況下，廠用6kV母線零序保護能夠動作，但無分支零序電流報警，不便于查找故障。

（2）如果將啟備變零序電流整定值改小，在正常方式運行時無問題，但是在廠高變檢修，啟備變帶廠用電時，出現電源零序電流比無分支零序電流定值小，電源與負載分支零序電流保護失配，此問題可以通過臨時修改定值來解決。

（3）同時考慮修改電源和分支零序電流定值，可將原定值縮小一倍，分支線（即負荷開關）單相接地零序過流保護定值為：一次動作值為2.4A，改為1.2 A，考慮上下級配合，電源（含廠高變和啟備變）零序過流保護定值由2.8A，改為1.4A，修改后在無廠用電源切換后的保護失配問題。提高保護靈敏度后，要考慮誤動的問題，從收集的數據上看，三大泵和廠用變壓器正常運行時的零序過流一次值最大不超過0.25 A，實測啟動時零序電流不大于0.6A，因此可以考慮按此整定。

4 結論

啟備變和高廠變分支零序保護屬于發變組保護和高廠廠用電保護的交叉范圍，在整定計算和現場維護中容易忽視，因此有必要加強重視。備變高廠變分支零序過流保護在整定計算時不僅需要按照相關《規程》和《標準》規定的方法進行整定計算，而且需要結合現場實際情況和一次接線方式進行深入研究（諸如分支開關擊穿后的特殊情況），因此繼電保護人員不僅要熟悉二次設備和整定計算，更需要了解一次設備和系統運行方式，以提高分支零序保護的正確動作率[3]。

根據本文修改定值后，能夠確保保護正確動作，在該廠三臺400MW燃氣聯合循環機組中得到了應用和推廣，運行情況良好，經驗值得推廣。

[1] 張樹權,張小寧.一起 6kV零序保護動作原因分析,華北電力技術,2011(3)：46-49.

[2] 深圳前灣燃機電廠啟備變及廠用電保護整定計算報告.

[3] 張柳,解奎元,王麗,大型火電廠變壓器分支零序保護誤動案例分析,電力系統保護與控制,2010,38(23)： 223-226.