某核電站380V配電盤越級跳盤故障分析與研究

趙波 施俊峰 尚新建 李海波 黃歡

摘要：介紹了國內某核電站380V越級跳盤事件，通過短路電流計算和保護定值分析確定了越級跳盤的根本原因為短路保護設置不合理。提出了低壓配電盤接地保護的配置原則。

關鍵詞：380V配電盤越級跳盤短路計算保護配置

THE analysis AND Research of override trip of 380V switchboard at a domestic nuclear power plant

Abstract：Introducedaoverride trip of 380V switchboard at a domestic nuclear power plant，through the calculation of short-circuit current and the analysis of protection setting value to determine the root cause of override trip is short-circuit protection setting is not reasonable.

Key words：380V switchboard override tripcalculation of short-circuit currentprotection setting

1、引言

2014年年末我國發電裝機容量136019萬千瓦，其中火電裝機容量占67.3%，一次能源消耗較大，急需增加清潔能源電力的生產總量來緩解火電帶來的環境壓力。核電作為一種清潔能源正在我國沿海建設并有二十幾臺機組已經投入運行。核電站常見的配電設施為380V低壓配電盤，主要給閥門電裝、電機、加熱器供電，是重要的核安全輔助系統。本文簡述了該核電站一起380V配電盤越級跳盤事件經過及其處理過程;通過理論計算確定了故障點的單相短路電流;分析了故障發生的根本原因為保護配置不合理;提出了相應的改進措施并給出了保護配置的原則。

2、事件經過及處理過程

2014年10月29日，該核電站主控出現113KA報警（配電盤后備接地故障），現場檢查發現為整個380V配電盤失電，且上游6.6KV供電開關跳閘，同時就地851XZ（母線后備接地保護繼電器）動作燈亮。

2014年10月29日發生1LKT配電盤失電后，專業提票，在確定有效隔離后對配電盤進行了如下檢查：

a）用500V兆歐表對母線進行絕緣測量，A相：200M，B相：550M，C相：550M。

b）用兆歐表對該配電盤的101、102、103、104、201、208、301、302、403間隔進行絕緣測量，101：700M，102：2G，103：1G，104：1.5G，201：800M，208：3.3G，301：2.7G，302：600M，403：0M。

c）對零序電流繼電器850XI進行了校驗：電流動作值0.74A，電流返回值0.71A，1倍動作值動作時間0.067S<0.1S，5倍動作值動作時間0.019S<0.05S，結果正常。

d）對信號繼電器851XZ進行了校驗：動作電壓期望值≤87.5V，實際值63.5V，復歸電壓期望值≤87.5V，實際值49.4V，繼電器接點接觸電阻0.03歐<2歐，線圈對地絕緣電阻500M>5 M，效驗結果正常。

經過以上檢查，初步確定為403抽屜間隔出現故障，隔離403間隔后重新投運，系統正常運行。

3、故障原因分析

3.1 配電盤保護配置及保護動作機理

403間隔回路保護配置如下圖1所示。從圖1可看出，該供電回路采用斷路器+接觸器（配熱偶）組合方式，其中熱偶用作過負荷保護，斷路器用作過流保護，當產生短路故障時，斷路器動作，對該回路進行保護。

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圖1 403回路保護配置

403回路斷路器過流保護定值如下表1所示，動作值為616A。

該配電盤接地保護定值如圖2所示，經過變比換算后動作值為365A。

當發生短路故障時：

a）故障電流Id≥616A，低壓斷路器瞬時脫扣，不會發生越級跳閘;

b）故障電流Id ≥365A<616A，低壓斷路器不能脫扣，零序繼電器動作，跳上游1LGD502開關，會發生越級跳閘;

c）故障電流Id <365A，不會發生越級跳閘。

3.2 403回路短路電流計算

短路故障在系統中任何時刻、任何位置均可能發生，雖不能逐點對其進行計算，但可選擇一些代表性的點來計算[1]。下面將選取403下游負荷泵處作為短路點來計算短路電流[2]。

3.2.1 元器件參數信息

電纜型號為：WDZ-YJY-3x10mm?，長度約為：85米。

變壓器額定容量：800KVA，阻抗電壓6%，損耗6.6KW，D/yn11， 6.6KV/0.4KV。

3.2.2元件阻抗計算

（1）高壓側短路容量Ss

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（2）高壓側系統阻抗計算Zs、Rs、Xs

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（3）高壓側系統相保電抗計算Xphp·s、電阻Rphp·s

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（4）變壓器阻抗計算RT、XT

經查詢，變壓器阻抗值如下。

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（5）變壓器相保阻抗計算Rphp·T、Xphp·T

經查詢，變壓器相保阻抗值如下。

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（6）線路阻抗計算RL、XL

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（7）線路阻抗計算RL、XL

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3.2.3短路電流計算

（1）三相短路電流計算

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其中

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（2）單相接地短路電流計算

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其中

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3.3 配電盤越級跳閘根本原因分析

故障處理過程中已對零序繼電器及信號繼電器進行了校驗，校驗結果均正常，說明零序繼電器及信號繼電器沒有誤動且發生的短路電流超過了定值即365A，1LKT403回路斷路器沒有動作說明短路電流小于616A。上一節2.3中計算可知在泵發生單相短路時電流值為489A，因此導致1LKT跳盤直接原因為單相短路導致。

《低壓配電設計規范》GB 50054-2011要求，配電線路裝設的上下級保護電器，其動作特性應具有選擇性，且各級之間應能協調配合;當短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍[3]。

由上一節2.3中短路電流可以計算出保護靈敏度為

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以上分析可知，配電盤越級跳閘根本原因為短路保護設置不合理導致上下級保護失去選擇性。

4 措施

為了保證上下級保護的選擇性和保護靈敏度，可以從以下兩個方面來解決。

（1）提高保護靈敏度。從2.3章節中可知，單相短路電流的大小主要取決于線路的阻抗，減小線路阻抗就可以提高短路電流大小。要減小線路阻抗可以通過使用大截面的電纜實現。另外降低短路保護定值同樣可以提高靈敏度。當前1LKT403間隔定值為616A，即14IN。通常為躲避電機啟動電流，保護定值通常設置為8～14 IN，根據電機實際啟動電流確定。經核實1LKT配電盤所有電機類負荷的保護定值均按照14 IN確定，未考慮電機的實際啟動電流。若將1LKT403間隔電纜換成截面積為16mm2，保護定值設定為504A（斷路器設定的最小值），靈敏度為1.544，滿足規范的要求。

（2）設置接地或漏電保護。通過設置接地或漏電保護，定值設置時考慮和整個盤的接地保護上下級的配合，使1LKT403回路發生單相短路時，此回路優先斷開，避免整個盤的接地保護動作而使整個盤跳閘。

5 低壓配電盤接地保護的配置原則

通過403間隔問題的分析，可以得出低壓配電盤接地保護配置原則如下：

1、當斷路器本身的過電流保護能滿足接地短路保護靈敏度要求時，利用斷路器本身的過電流保護兼作接地故障保護，此時，接地保護靈敏度應滿足GB 50054-1995《低壓配電設計規范》第4.2.3條要求。

2、當斷路器本身的過電流保護不能滿足接地短路保護靈敏度要求時，應設接地保護。

6 結論

本文簡述了某核電站一起380V配電盤越級跳盤事件的經過及處理過程，通過短路電流計算和保護定值分析確定了越級跳盤的根本原因為短路保護設置不合理。通過對這一問題的分析，提出了低壓配電盤接地保護的配置原則，對低壓配電系統設計、選型、定值設定具有指導意義。

參考文獻

[1]周建強.低壓網絡短路電流在工程實例中的計算、分析及應用[J].建筑電氣，2013（6）：72-79.

[2]任元會. 工業與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005：162-172.

[3]GB 50054-1995，低壓配電設計規范[S].