核電廠6kV中壓廠用電系統(tǒng)三相電壓不平衡問題分析

查東健　陳本林

【摘 要】本文根據(jù)核電廠調(diào)試實(shí)踐和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，匯總分析了6kV中壓廠用電系統(tǒng)發(fā)生的三相電壓不平衡事故，總結(jié)了事故特點(diǎn)，造成事故的常見原因，提出了相應(yīng)的預(yù)防及處理措施。

【關(guān)鍵詞】廠用電系統(tǒng)；三相電壓不平衡；假接地

核電廠廠用電系統(tǒng)為廠內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備提供電源，發(fā)電機(jī)、封閉母線、出口斷路器、主變、高廠變以及中壓配電裝置，完成電能在廠內(nèi)部分的傳輸。核電廠在生產(chǎn)電力過程中，有大量的以電動機(jī)拖動的機(jī)械用以保證反應(yīng)堆、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等主設(shè)備和輔助設(shè)備的正常運(yùn)行。6kV中壓廠用電系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，平衡三相系統(tǒng)的中性點(diǎn)電位等于地的電位，三相導(dǎo)線對地電壓是相等的，均等于相電壓。當(dāng)一相回路發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，該相的電位即變?yōu)榈氐碾娢?，中性點(diǎn)的電位升至相電壓，而另外兩非故障相導(dǎo)線對地電位升至系統(tǒng)線電壓，也即非故障相得絕緣將受到比正常電壓大√3倍的電壓。按照核電運(yùn)行要求，6kV中壓廠用電發(fā)生三相電壓不平衡時(shí)，允許帶故障繼續(xù)運(yùn)行2小時(shí)。

1 單相接地事故

發(fā)生單相接地事故原因主要有人體誤觸碰帶電體、電力電纜絕緣破損、回路接地等原因，由單相接地事故引起的三相電壓不平衡，常觸發(fā)單相接地故障報(bào)警，并且電壓不平衡偏差較大。發(fā)生單相接地事故先需判斷真、假接地現(xiàn)象，若確認(rèn)真接地故障，可結(jié)合保護(hù)裝置報(bào)警信息和故障錄波波形分析確定的接地情況及查找定位故障回路。

單相接地事故分為金屬性和非金屬性接地。實(shí)際常發(fā)生非金屬性接地，尤其是電纜絕緣缺陷下的弧光接地。發(fā)生弧光接地時(shí)，故障相電壓不為零，由于零序電壓保護(hù)一般設(shè)定為15V，弧光接地初期一般探測不到，只有當(dāng)事故擴(kuò)大后，才觸發(fā)報(bào)警，此時(shí)不斷交替振蕩的弧光和過電壓將會引發(fā)電纜燒毀，導(dǎo)致兩相短路或三相短路跳閘。人體誤觸碰帶電體也會引起非金屬性接地，由于接地保護(hù)只報(bào)警，這種情況下對人身安全極其危險(xiǎn)，易造成了重大人身傷亡。

為有效預(yù)防單相接地事故，送電前應(yīng)檢查電力電纜絕緣情況。當(dāng)對設(shè)備絕緣狀況有懷疑時(shí)，可進(jìn)行5kV的絕緣電阻測試或交流耐壓試驗(yàn)。單相接地事故發(fā)生在電纜較長時(shí)，一般采用單臂電橋法或使用智能定位儀查找故障點(diǎn)。另外，上下級零序保護(hù)應(yīng)具備選擇性，特別是級數(shù)比較多時(shí)，應(yīng)進(jìn)行校核和試驗(yàn)，避免發(fā)生越級跳閘。

2 假接地現(xiàn)象

電力電纜屏蔽層處理不當(dāng)、開關(guān)導(dǎo)體接觸不良、PT觸頭接觸不到位等原因常引起假接地現(xiàn)象，同樣表現(xiàn)為三相電壓不平衡，但是偏差程度較小，不易觸發(fā)單相接地故障。假接地現(xiàn)象引發(fā)的三相電壓不平衡事故通常在送電時(shí)出現(xiàn)，常伴有放電異音或異味，通過測量回路絕緣電阻的方法無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，這時(shí)可逐級斷電的方式查找故障點(diǎn)。

電力電纜屏蔽層的處理應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行絕緣或接地，嚴(yán)禁屏蔽層懸空或搭接其他金屬物。此外，電纜頭金屬屏蔽層接地線與零序電流互感器穿線方式錯誤，易引起零序電流保護(hù)誤動，觸發(fā)虛假的單相接地報(bào)警。

3 鐵磁諧振事故

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，由于電磁式電壓互感器激磁特性的非線性，易發(fā)生母線鐵磁諧振事故，造成三相電壓不平衡。在建核電機(jī)組多次發(fā)生中壓母線鐵磁諧振事故，而事故一般發(fā)生在通過變壓器降壓空充母線段。

鐵磁諧振表現(xiàn)現(xiàn)象為一相電壓降低、其他兩相電壓升高，出現(xiàn)零序電壓高觸發(fā)接地故障報(bào)警，這種接地常稱為虛幻接地。與真實(shí)的接地故障相比，兩者都會觸發(fā)接地故障報(bào)警，區(qū)別在于鐵磁諧振引發(fā)的虛幻接地一般發(fā)生在空充母線段，下游饋線負(fù)荷送電時(shí)不發(fā)生。發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，配電盤裝設(shè)的微機(jī)消諧裝置會動作并報(bào)警。自激發(fā)的鐵磁諧振，是以系統(tǒng)電源電勢為諧振源，工頻為諧振頻率的系統(tǒng)固有諧振，微機(jī)消諧裝置無法作用，只能破壞諧振參數(shù)，通過采用增加系統(tǒng)電容值（投入電容器或電纜）的臨時(shí)措施。在設(shè)計(jì)、設(shè)備選型以及首次送電前，應(yīng)驗(yàn)算諧振參數(shù)，實(shí)地測試的方法可以獲得較正確的單相電容值。如果出現(xiàn)自激發(fā)鐵磁諧振風(fēng)險(xiǎn)較高時(shí)，可通過改變參數(shù)，增加阻尼消諧。

根據(jù)工程建設(shè)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，真實(shí)的接地故障通常發(fā)生在下游饋線負(fù)荷送電時(shí)，且饋線回路接地保護(hù)裝置動作報(bào)警。核電廠運(yùn)行和維護(hù)人員應(yīng)綜合以上情況判斷發(fā)生何種事故，便于采取措施有效應(yīng)對。

4 負(fù)荷嚴(yán)重不平衡

不同于以上造成三相電壓不平衡現(xiàn)象是由設(shè)備或回路異常、事故引發(fā)，實(shí)際在中壓配電柜運(yùn)行倒閘操作中，由于下游負(fù)荷減少及單相負(fù)荷不平衡，也會引起三相電壓不平衡，但三相電壓不平衡偏差程度較小，當(dāng)單相負(fù)荷嚴(yán)重不平衡時(shí)，可能會觸發(fā)單相接地事故報(bào)警。這種情況下，可以逐步增加三相負(fù)荷，減輕負(fù)荷不平衡程度，三相電壓會逐步趨向平衡。

5 結(jié)論

在核電工程建設(shè)和運(yùn)行中，熟知6kV中壓廠用電系統(tǒng)三相電壓不平衡引起的原因、特點(diǎn)和處理措施，不僅可以展開針對性的預(yù)防工作、監(jiān)控措施和人因管理，避免人因失誤導(dǎo)致的事故發(fā)生，也有利于做好應(yīng)急組織管理工作，積極有效、快速響應(yīng)事故處理，保證核電廠廠用電系統(tǒng)安全穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]