水電廠廠用電低壓斷路器保護系統設計研究 —東江水電站低壓400V系統斷路器保護核算

朱彥斌

摘要：水電廠廠用電低壓斷路器保護系統是電站低壓系統配置的重要內容，但常常沒有得到應有的重視。尤其對于大型水電廠廠用電系統，合理的配置廠用電低壓斷路器保護系統，對電站的安全運行具有重要意義。文章以湖南東江水電站為例，針對廠用電低壓斷路器保護系統的配置與定值進行了核算與探討。

關鍵詞：低壓斷路器保護；低壓短路電流計算；低壓單相接地保護；斷路器短延時保護

本文以湖南東江水電站為例，通過低壓系統短路電流計算進行了斷路器保護動作驗算，最后提出改進建議。

1、系統情況及主要設備參數

2、短路阻抗計算

2.1 按《工業與民用配電設計手冊》【1】（以下簡稱手冊）第四章第五節低壓網絡電路元件阻抗的計算，變壓器阻抗折算至400V側的有名值：XB=阻抗電壓乘以低壓側額定電壓的平方/變壓器容量=（8/100）×（0.4×0.4/0.8）=0.016Ω=16mΩ。

2.2查手冊表4-23，SCB9型Yyn0變壓器零序阻抗約為正序阻抗的將近5倍，估算為XB（0）=4.8×0.016Ω。

2.3系統歸算至400V側阻抗和母線阻抗經測算較小，估算合計為1mΩ。

2.4按120平方毫米電纜電阻率0.154毫歐每米計算，電纜總電阻約為0.154×（48+17）=10mΩ。

3、 短路電流計算

3.1按手冊公式（4-54），廠用變低壓側400V母線上三相短路電流Id（3）=230V/短路點零序阻抗=230V /變壓器阻抗與系統母線阻抗之和=230V/（0.016+0.001）Ω=13.5kA。

3.2按手冊公式（4-55），估算廠用變低壓側400V母線上單相接地或接零短路電流Id（1）=220V/短路點零序阻抗=220V/（4.8×0.016）Ω=2865A。

3.3檢修泵電機接線盒處三相短路電流=230V/（0.017+0.01）Ω=8519A。

4、斷路器短路保護動作情況

4.1三相短路時：檢修泵電機斷路器的瞬時動作電流為10倍的額定電流即200×10A，則動作靈敏系數為8519/2000遠大于《水力發電廠廠用電設計規程》[2] 8.2.9條規定的1.3倍，滿足速動靈敏性綽綽有余。經計算三相短路時，各級斷路器瞬時脫扣動作保護值滿足速斷靈敏性要求。

廠變低壓側斷路器短延時整定值：3×1600A；0S，瞬時動作整定值：15×1600A。不僅時間上0S無法與下級斷路器配合滿足選擇性，數值上3×1600A也小于下級的瞬動值10×630A。不滿足上下級斷路器選擇性動作的要求。

4.2、單相短路時：當低壓400V母線上400A負荷開關出口發生單相接零或接地故障時，對應的開關速斷電流4000A大于單相接地故障電流2865A；廠用變壓器低壓側進線開關短延時脫扣整定值4800A也大于單相接地故障電流2865A；二者皆不能快速動作，需越兩級由廠變低壓側零序電流保護（1000A；0S）來跳廠變高壓側的發電機出口13.8Kv分支開關，造成近區變也同時停電，嚴重擴大了停電范圍。

5、建議

5.1定值調整建議：經計算廠變低壓側進線斷路器的單相故障保護自己不能實現，由廠變低壓側零序保護來實現。為了實現與下級在兩相和三相故障時的選擇性，將其長延時脫扣電流按保護廠變過負荷Ir（廠變額定電流1150A）取1300A，依手冊十一章第六節其短延時值按與下級最大額定電流斷路器的瞬時脫扣電流630×10A配合，即短延時值的倍數n滿足nIr>1.2×6300，短延時時間按與下級動作時間配合而定。短延時值調大在現有的三相及兩相短路電流水平上依然足夠滿足動作靈敏性。

5.2近期改造斷路器建議：將廠變低壓進線側斷路器改為帶接地故障保護型的，接地故障保護整定值為1000A；待更換完成后將廠變低壓側零序電流保護值略微調高，同時取一定的延時時間值。如此則低壓側接地或接零保護動作值情況不改變現狀，又實現了上下選擇性不致造成近區變同時停電。

5.3遠期變壓器更換時建議：針對單相接地短路電流水平實在太低，同時也是按《水力發電廠廠用電設計規程》[2] 5.3.4條的建議，未來更換廠變時必須將變壓器接線型式由Yyn改為Dyn型。

參考文獻：

[1]中國航空工業規劃設計研究院編.《工業與民用配電設計手冊》[M].第三版.北京：中國電力出版社，2005.

[2]NB/T 35044—2014，《水力發電廠廠用電設計規程》【S】.

（作者單位： 國網湖南水電分公司）