大型火電廠0.4kV低壓廠用電現狀及保護配置研究

廉永

【摘 要】火電是我國最為主要的發電形式，在裝機總量中所占比重長期保持在70%以上，隨著我國電力工業朝大機組、大電廠方向發展，火電機組的安全顯得越來越突出。本文通過對大型火電廠0.4Kv低壓廠用電運行方式進行了討論，并結合實際情況對大型火電廠低壓廠用電設計方案及運行情況進行分析，最后提出解決方法。

【關鍵詞】低壓廠用電 接地 保護配置

1 大型火電廠0.4kV低壓廠用電系統運行方式

全國能設計大型火電廠（600MW及以上）的設計院低壓廠用電系統的設計一直以來存在兩種方案：一種是中性點不接地系統（IT小電流系統）；另一種是中性點直接接地系統（TN大電流系統）。

2 0.4kV低壓IT系統與TN系統的比較

低壓IT系統的優點：當單相絕緣出現破損甚至是金屬性接地仍不影響系統運行，相間（線）電壓不變，相電流不變，流入大地的電流為系統的電容電流，不影響三相負荷的運轉，系統的可靠性高，人身安全性非常好。低壓IT系統的缺點是：單相金屬接地時故障相對地電壓降為“0V”，非故障相對地電壓升高倍，系統的絕緣水平要求較高，投資較大，易發生非線性鐵磁諧振，燒毀PT或其熔斷器。且每段母線保護控制回路的AC220V電壓及照明、檢修等單相負荷需要經隔離變取得，更加大了投資。低壓TN系統的優點是：系統對絕緣要求低，AC220V單相電隨處可得，接線靈活方便。低壓TN系統的缺點是：出現單相接地故障后，設備外殼帶電，對人體危害較大；且故障點對地電流較大，可能導致缺相保護或者零序保護動作，從而影響系統的連續供電；因隨處可取AC220V電源，導致接線混亂，經常出現：有的單相負荷在母線上接線時只有火線，零線直接就近接到接地銅排上的情況，給檢修帶來極大的麻煩。西方發達國家亦有這樣的研究結論：低壓IT系統最安全，供電可靠性最好！

3 大型火電廠低壓廠用電設計方案及運行情況

3.1 2010年以前投運的大型火電廠低壓廠用電設計方案及運行情況

據調查在開篇所述的幾大設計院中，在2008/2009年前，多數設計院在0.4kV低壓廠用電系統設計時多采用IT系統。原因很簡單：系統可靠性好、連續供電能力強，不會因單相接地直接動作于零序保護跳閘，從而影響電機或饋線運行，甚至影響機組發電、供電。存在的問題是：因電容電流的大小和電壓成正比關系，因此0.4kV的IT系統，出項單相接地時，因整段母線的電容電流不足500mA，故此導致小電流接地選線不能動作報警。致使出現單相接地故障后很難查找出故障點，有些電廠甚至是連續單相接地數月，帶故障運行。出現這一問題的原因也很簡單：電容電流太小，尤其是多數接地為非金屬性接地，導致接地點的零序電流更小。一般接地選線廠家提供的零序電流互感器為50/1或100/1，而選線裝置的啟動電流一般為10mA，因此一次側零序電流需達到500mA以上才能動作，這是無法滿足的條件。零序電流互感器多為硅鋼片鐵芯，為了安裝方便經常選用開口式互感器，加大了互感器的漏磁，使其起勵電流更大，致零序互感器輸出更小，精度更差。

3.2 2010年以后投運的大型火電廠低壓廠用電設計方案及運行情況

除華東院以外的大多數設計院，在2008/2009年后，相繼將0.4kV低壓廠用電系統由IT系統改為TN系統，原因是國家電網越來越強大，電力供應已經變得供大于求，單個電廠或發電機組的脫網對電網影響很小，因此對電廠的連續發電要求降低，也為電廠基建項目節省了投資。

存在的問題是：根據DL5153-2014大型火電廠廠用電設計規范規定：PC母線100KW以上電機或饋線（1類以上負荷），必須設零序保護，MCC母線電機或饋線的相間短路的靈敏度滿足相地短路的靈敏度要求時，不再單獨設置零序保護。因此多數設計院（化工、鋼鐵、玻璃、水泥等行業）都沒有設置零序保護，過流保護用塑殼斷路器實現，熱保護用熱繼或熔斷器實現。

最新現象：當電廠0.4kV低壓廠用電（IT系統）MCC饋線或電動機出現單相金屬性（A、B、C三相中的一相對大地）接地時，本回路塑殼斷路器不能跳閘，而是上級PC饋線零序保護越級跳閘，導致大面積失電，故障擴大甚至出現非計劃性停機，影響巨大。而且這一現象已經不是某一電廠、某一集團的問題，他成為了影響電廠安全運行的巨大隱患！

低壓廠用電短路計算原則如下：

（1）計及電阻。（2）低壓廠用電高壓側電壓在短路時可以認為不變。（3）當動力中心（PC）的饋線回路三相短路時，應計及饋線回路的阻抗，但可不計及異步電動機的反饋電流。動力中心（MCC）短路電流，由低壓廠用變壓器及異步電動機兩部分供給，并按相角相同取算數和計算，可取低壓廠用變壓器容量的60%。

因從故障點看進去：正序阻抗和負序阻抗相等，0.4kV電纜的感抗遠小于阻抗（4平方毫米的負序感抗是0.101mΩ/m，電阻為4.3mΩ/m），且零序阻抗遠大于正序和負序阻抗，為了取得電流極大值，將分子最大化為220V，分母最小化為R=4Ω，得出I=55A。而8KW電機相電流16A，塑殼的過流保護倍數為7倍，即112A，遠大于單相接地電流55A，所以本回路塑殼斷路器不動作。

結論：在電廠低壓廠用電MCC中，相間短路的靈敏度不能滿足相地短路的靈敏度要求！

4 解決問題的方法

（1）PC饋線和MCC饋線和電機回路均不加裝零序保護（不符合規范要求）。（2）PC饋線和MCC饋線和電機回路均加裝零序保護，缺點是投資太大。（3）加裝MCC饋線和電機回路的零序（漏）電流測控裝置，實時監測每條線路和電機的漏電流，報警或跳塑殼斷路器的分勵線圈。只報警時可以做狀態檢修的基礎數據；也可以分級報警，在故障擴大前排除故障；或者在PC越級跳閘后，可以有效幫助運行人員確定故障抽屜，而不必將所有抽屜拉出后，再送電之后逐一推上抽屜。

5 綜述

電廠0.4kV低壓廠用電系統選用IT或TN系統各有優缺點，都存在單相接地故障難以查找排除的問題，此類故障不影響IT系統的安全運行，而在TN系統中，已經到了必須排除故障的地步了，否則會對電廠安全運行帶來很大的風險！