火電廠廠用配電變壓器低壓側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作分析與處理

高雪峰，常新海，曹 強(qiáng)

（酒鋼（集團(tuán)）能源中心，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

1 事件經(jīng)過

2015年9月19日，某電廠電氣檢修人員因1#爐本體38 m層照明失電，在試投照明開關(guān)箱空氣斷路器過程中，1#照明變跳閘，1#爐本體照明全部消失。

1#照明變保護(hù)裝置動(dòng)作信息：2015.9.19 09:31:45保護(hù)啟動(dòng)，變壓器低壓側(cè)單相接地保護(hù)動(dòng)作，變壓器跳閘；低壓側(cè)零序動(dòng)作電流0.19 A，動(dòng)作時(shí)間708 ms。

2 電廠照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)及保護(hù)配置

該電廠4臺(tái)350 MW機(jī)組設(shè)計(jì)均為發(fā)-變-線單元機(jī)組，低壓廠用電源采用400 V中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組設(shè)1臺(tái)容量400 kVA的照明變，供本機(jī)組照明負(fù)荷。圖1為系統(tǒng)接線圖。

照明變配置WDZ-5242綜合保護(hù)裝置，具有速斷保護(hù)、過流保護(hù)、高壓側(cè)零序保護(hù)和低壓側(cè)零序保護(hù)等功能，低壓側(cè)零序保護(hù)采用通過在變壓器低壓側(cè)中性線上裝設(shè)的專用零序CT來實(shí)現(xiàn)。

照明變銘牌參數(shù)及CT配置：型號(hào)SCB10-400/10，接線組別Dyn11，短路阻抗UD=4.5%,高壓側(cè)額定電流21.99 A，低壓側(cè)額定電流577.37 A；CT變比50/1，高壓側(cè)零序CT變比150/5，低壓側(cè)零序CT變比800/1。

照明段負(fù)荷利用空氣斷路器固有保護(hù)功能，負(fù)荷開關(guān)型號(hào)NSX100N，額定電流50 A，脫扣器D型脫扣曲線，電纜型號(hào)ZRC-YJLV22-0.6/1，電纜截面4×10 mm2，電纜長(zhǎng)度40～200 m不等。

照明箱負(fù)荷利用空氣斷路器固有保護(hù)功能，脫扣器C型脫扣曲線，空氣斷路器額定電流選用10 A、16 A、20 A、25 A 四種。

3 保護(hù)動(dòng)作原因分析

圖1 系統(tǒng)接線圖

接地短路故障點(diǎn)如圖1標(biāo)示點(diǎn)④，保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)二次電流為0.19 A，一次值短路電流為0.19×800=152 A，大于變壓器低壓側(cè)單相接地保護(hù)保護(hù)定值電流0.18 A（一次值144 A），短路持續(xù)時(shí)間大于動(dòng)作時(shí)限0.7 s，滿足保護(hù)動(dòng)作條件導(dǎo)致變壓器跳閘。

照明段支路斷路器額定電流50 A，脫扣器為型號(hào)TM50D，選用D型脫扣曲線，故障時(shí)刻短路電流是斷路器額定電流的3.04倍。圖2為空氣斷路器時(shí)間-電流特性曲線圖，根據(jù)圖2D特性曲線，對(duì)應(yīng)脫扣跳閘時(shí)間在1～10.5 s之間，即分支斷路器在故障0.7 s時(shí)不跳閘。

圖2 空氣斷路器時(shí)間-電流特性曲線圖

照明箱斷路器為C型脫扣曲線，空氣斷路器額定電流為16 A；故障時(shí)刻短路電流為斷路器額定電流的9.5倍。根據(jù)圖2C曲線,脫扣跳閘時(shí)間在0.01～1.1 s之間；照明箱分支斷路器可能在變壓器跳閘前（0.7 s）快速跳閘，但也存在慢于變壓器（0.7 s）跳閘的可能；不能夠確定滿足保護(hù)動(dòng)作的選擇性要求。

綜上分析，本次短路故障造成的保護(hù)越級(jí)跳閘，是由于上級(jí)保護(hù)與下級(jí)空氣斷路器配合沒有達(dá)到選擇性要求所造成的。

4 保護(hù)定值校核

原保護(hù)定值整定為低壓側(cè)單相接地保護(hù)電流0.18 A，動(dòng)作時(shí)限0.7 s。按照取0.25倍變壓器二次額定電流計(jì)算，可靠系數(shù)取1。

4.1 依據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]表7-3變壓器的電流保護(hù)整定計(jì)算，低壓側(cè)單相接地保護(hù)（采用在低壓側(cè)中性線上裝設(shè)專用零序保護(hù)），保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)躲過正常運(yùn)行時(shí)，變壓器中性線上流過的最大不平衡電流。

式中，IOP·K——保護(hù)動(dòng)作電流二次值；

Kre1——可靠系數(shù)；用于低壓側(cè)單相接地保護(hù)時(shí)（變壓器中性線上裝設(shè)零序CT）取1.2；

I2rt——變壓器低壓側(cè)額定電流；

nTA——電流互感器變比；

0.25 ——系數(shù)。

4.2 依據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]表7-3說明，對(duì)于Y，yn0接線的變壓器為25%，對(duì)于D，yn11接線的變壓器可大于25%，一般取35%。

照明變低壓側(cè)單相接地保護(hù)定值確定為0.3 A（一次值240 A），動(dòng)作時(shí)限0.7 s。

4.3 變壓器低壓側(cè)單相接地保護(hù)為第一級(jí)接地保護(hù)（最上一級(jí)），直接保護(hù)變壓器，該定值按保護(hù)變壓器規(guī)定選取的最大值，不宜為滿足選擇性要求而增大電流及時(shí)間定值，應(yīng)由下一級(jí)斷路器的選型進(jìn)行保護(hù)級(jí)差配合。

5 照明段分支斷路器選擇分析

依據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]表7-3保護(hù)裝置動(dòng)作電流應(yīng)與低壓出線上零序保護(hù)配合：

式中，Kco——配合系數(shù)；取1.1；

Iop·fz——低壓側(cè)分支上零序保護(hù)的動(dòng)作電流，A。

式（2）說明上級(jí)接地短路保護(hù)動(dòng)作電流需大于1.1倍的下級(jí)接地短路保護(hù)動(dòng)作電流。

（1）查圖2D曲線50 A斷路器快速脫扣電流倍數(shù)為14倍（50×14=700 A），按公式2計(jì)算照明變低壓側(cè)單相接地保護(hù)定值的最小值為0.9625 A（一次值770 A），不符合選擇性要求。

（2）查圖2C曲線50 A斷路器快速脫扣電流倍數(shù)為10倍（50×10=500 A），按公式2計(jì)算照明變低壓側(cè)單相接地保護(hù)定值的最小值為0.6875 A（一次值550 A），不符合選擇性要求。

（3）查圖2 B曲線50 A斷路器快速脫扣電流倍數(shù)為5倍（50×5=250 A），按公式2計(jì)算照明變低壓側(cè)單相接地保護(hù)定值的最小值0.3438 A（一次值275 A）。與公式1計(jì)算結(jié)果0.303 A（一次值240 A）接近，基本符合選擇性要求。

照明段各支路將斷路器的脫扣器由D型脫扣曲線更換為等額定電流的B型脫扣曲線的脫扣器，另外照明變低壓側(cè)單相接地保護(hù)定值有0.7 s動(dòng)作時(shí)限，滿足選擇性要求

6 照明箱分支斷路器選擇分析

按照上述同樣的分析方法將照明箱分支斷路器分析結(jié)果填入表1。

表1 照明箱分支斷路器選擇分析表

結(jié)論：照明箱分支斷路器應(yīng)選用不大于20 A的C曲線脫扣斷路器。

7 改進(jìn)措施

綜合上述分析，進(jìn)行以下改進(jìn)方法可以滿足選擇性的要求：

（1）照明變低壓側(cè)單相接地保護(hù)定值整定為0.3 A(一次值 240 A)，動(dòng)作時(shí)限 0.7 s。

（2）照明段支路斷路器由D脫扣曲線更換為B脫扣曲線的額定電流相同的斷路器（50 A）。

（3）將照明箱分支斷路器大于20 A的支路拆分為兩個(gè)小于20 A的支路。

8 結(jié)束語(yǔ)

火電廠廠用低壓變壓器是為廠用低壓負(fù)荷供電的重要電源，變壓器元件保護(hù)整定及相應(yīng)供電系統(tǒng)的各級(jí)保護(hù)級(jí)差配合對(duì)于電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的作用，一方面工程設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)和元件選型時(shí)應(yīng)高度重視這一方面工作，另一方面，運(yùn)行單位在基建完成工程投產(chǎn)前應(yīng)認(rèn)真對(duì)各級(jí)保護(hù)的級(jí)差配合進(jìn)行詳細(xì)的整定計(jì)算和校核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題并進(jìn)行糾正，這樣才能保證電廠投產(chǎn)后的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.