熱電廠化學水供電系統保護問題分析

蘇 治，韓廣瑞，張青青，尹陽陽

（（1.山東理工大學電氣工程學院，山東 淄博 255003；2.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250002）

1 故障現象

淄博熱電廠3號、4號機組于2002年投產，化學水供電系統自投產以來曾出現過多次保護越級動作、開關不明原因跳閘等故障，即存在所謂的保護誤動、信號誤發、開關誤跳、設備誤停的嚴重問題。

2003年5月，MCC柜電源斷路器出現了不明原因跳閘以及低電壓變壓器斷路器誤跳的問題；2006年6月7日，400 V電動機接地故障PC段出線斷路器發生越級跳閘以及出線相鄰斷路器誤動跳閘的問題；2010年3月10日，在將PC段出線保護的定值調整之后，又出現過400 V電動機接地故障MCC柜接觸器被燒毀，MCC柜空氣斷路器拒絕動作，PC段出線斷路器再次越級跳閘的故障。

故障的發生不僅造成了機組停運還影響到了電網的安全穩定運行，同時危及到城市供暖。

2 檢查過程

MCC柜電動機保護靜態試驗，電動機保護靜態試驗數據如表1所示。

表1 電動機保護靜態試驗數據

表1所示，可見檢查結果是正確的。

MCC柜電動機保護的跳閘邏輯檢查。電動機保護動作之后啟動接觸器跳開，空氣斷路器拒絕動作。可見，保護的跳閘邏輯錯誤。

PC段出線零序TA接線檢查。PC段出線A、B、C三相以及回線N同時穿過零序TA，而且，回線N穿過零序TA后接地，如此接線是值得分析的。

零序保護的定值與配合檢查。MCC柜電動機零序保護 100%In，0.1 s跳閘；PC 段出線零序保護 2 A，0 s跳閘；PC段電源側零序保護1 804 A，0.4 s跳閘。時間定值的級差配合需要調整。

電流互感器的二次負載測量。在電流互感器的二次負載側加入5 A的電流，測量其電壓，計算二次阻抗，二次阻抗最大的一組值為1.2 Ω。

3 保護的接線與原理

MCC段出線接地保護應用零序接線的原理構成，PC段出線接地保護應用零序電流互感器接線的保護原理構成。

3.1 零序接線保護原理

圖1 零序接線保護原理圖

3.2 零序電流互感器接線保護原理

零序電流互感器接線見圖2，在一圓形鐵心中通過三相導線，二次繞組繞在鐵心上。在正常情況下，三相導線負荷對稱，即一次側電流對稱，其相量和為零，鐵心中不產生磁通，因此二次繞組中沒有電流。

當系統發生單相接地短路時，三相電流之和不為零，出現3倍的零序電流，鐵心中出現零序磁通，則在二次繞組中有感應電動勢產生。零序電流互感器接線的保護采用DL-11型電磁式繼電器。

3.3 電流互感器的二次負載

電流互感器的二次負載指的是二次繞組所承擔的容量，即負載功率，可表示為

圖2 零序電流互感器接線原理圖

式中：S2為電流互感器二次負載功率，VA；U2為電流互感器的二次電壓，V；I2為電流互感器的二次電流，A；Z2為電流互感器的二次負載阻抗，Ω。

由于電流互感器二次電流只隨一次電流變化，而不隨二次負載阻抗變化，因此，其容量取決于Z2的大小，通常把Z2作為電流互感器的二次負載阻抗，可表示為

式中：Z2為二次繞組的總阻抗，Ω；Z21為電流互感器二次側至或繼電器之間的連接導線阻抗，Ω；Z22為測量繼電器線圈阻抗，Ω；R 為接觸電阻，Ω；K1、K2分別為連接導線、繼電器線圈阻抗換算系數。

Z2是二次繞組負擔的總阻抗，包括繼電保護電流線圈的阻抗Z22、連接導線阻抗Z21和接觸電阻R三部分。為了保證電流互感器能夠在要求的準確級下運行，必須校驗其實際二次負載阻抗，一般要求Z2<2 Ω。

4 原因分析

根據檢查結果可知，保護的靜態試驗數據結果正確、特性正常；電流互感器實測的二次阻抗為Z2=1.2 Ω，小于規定的數值2.0 Ω。因此，熱電廠化學水系統供電系統出現的保護誤動、信號誤發、開關誤跳、設備誤停的嚴重故障與電動機保護靜態試特性無關，與電流互感器的二次負載阻抗無關，與保護的邏輯、定值等密切相關。

PC段零序保護定值問題導致MCC柜的電源斷路器越級跳閘。PC段零序保護原來的定值是2 A，0 s跳閘；而MCC柜電動機零序保護100%In，0.1 s跳閘。 可見保護的時間定值配合不當，因此電動機出現接地故障時PC柜的電源斷路器會越級跳閘。

MCC柜電動機保護的邏輯錯誤導致電源斷路器越級跳閘。PC段出線零序保護定值調整后為4 A，0.3 s跳閘；雖然MCC柜電動機零序保護100%In，0.1 s跳閘；但電動機保護動作之后啟動接觸器跳開，接觸器卻不具備斷弧能力，不能切除故障。 因此電動機出現故障時MCC柜的電源（即PC段出線）斷路器依然會跳閘。

零序TA接線問題導致電動機出現故障時MCC電源的相鄰斷路器跳閘。PC段出線采用A、B、C三相以及回線N同時穿過零序TA，回線N穿過零序TA后接地的接線。當電動機出現故障時，地電流在穿過MCC電源的TA的同時，會有地電流穿過其相鄰TA，如果電流的數值已經達到了保護的定值，則相關的零序保護動作，斷路器跳閘。MCC電源的相鄰線路可能不止一條跳閘。

由此可以推斷，在發電廠附近，其他大電流接地系統出現接地故障時，會有地電流穿過上述TA，并導致其保護誤動作。接地電流分布示意圖見圖3［3］。

圖3 接地電流分布示意圖

5 防范措施

調整零序保護的定值［3-5］。 MCC柜電動機零序保護100%In，固有時間跳閘；PC段出線側零序保護4 A，0.3 s跳閘；PC段電源側零序保護1 804 A，0.6 s跳閘。

更改電動機保護跳閘的邏輯接線。對所有MCC段電動機的接地保護更改邏輯接線，將電動機保護改為啟動空氣斷路器跳閘。

解決三相回線N穿過零序TA的問題。對所有PC段出線接地保護，須解決三相回線N穿過零序TA的問題，不允許三相回線N穿過零序TA的接線存在。

6 結語

熱電廠化學水供電系統保護出現不正確動作的行為后，按照檢查二次回路接線的正確性、檢查保護特性與定值的正確性、分析系統接地故障時零序電流的分布情況等的思路來確定故障原因，制定防范措施，使問題得到合理解決。

［1］何永華，閻曉霞，陳 霞.發電廠及變電站的二次回路［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［2］國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答［M］.北京：中國電力出版社，1997.

［3］高春如.大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［4］國家電力調度通信中心.繼電保護培訓教材［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［5］蘇文博，李鵬博，張高峰.繼電保護事故處理技術與實例［M］.北京：中國電力出版社，2002.