發(fā)電廠低壓廠用電越級跳閘
——零序保護(hù)整定值應(yīng)用分析

華電章丘發(fā)電有限公司 王海峰 李 浩 國 旭

當(dāng)前電廠低壓廠用電多為變壓器中性點直接接地系統(tǒng)（TN-C-S），當(dāng)出現(xiàn)單相接地（相地）短路故障時，保護(hù)跳閘；最近這些年，MCC 段饋線出現(xiàn)單相接地短路故障時，經(jīng)常出現(xiàn)越級到PC 跳閘現(xiàn)象。這些現(xiàn)象廣泛存在于華能、華電、大唐、神華、國電等五大集團(tuán)的電廠，經(jīng)分析這種單相接地引起的越級跳閘現(xiàn)象和零序保護(hù)定值上下級的配合有關(guān)。近幾年，電廠低壓廠用電單相接地短路故障引起的越級跳閘現(xiàn)象越來越多，有時甚至越過變壓器造成非停。成了電廠不能連續(xù)穩(wěn)定運行的一個因素，給電廠帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 電廠低壓單相接地保護(hù)設(shè)置

國內(nèi)火電廠低壓廠用電(400V)系統(tǒng)主要是中性點直接接地（TN）系統(tǒng)，其中TN-C-S 系統(tǒng)最常見。PC 框架斷路器有零序保護(hù)，小回路是SL/SLI塑殼斷路器，沒有零序保護(hù)。MCC 段饋線只有SL/SLI 塑殼斷路器，也沒有零序保護(hù)。當(dāng)MCC 段饋線出現(xiàn)單相遠(yuǎn)端金屬性接地或近端非金屬性接地時，本回路塑殼斷路器不能跳閘，而是MCC 進(jìn)線零序保護(hù)越級跳閘，導(dǎo)致故障擴(kuò)大。甚至PC 框架斷路器下的線路非金屬接地時，會越過6/10kV 變壓器，造成非計劃性停機(jī)。

2 原因分析

廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)范《DL5153-2014火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中沒有強(qiáng)制要求MCC 用零序保護(hù)，只是在8.2.3第二條及8.7.1第2條分別規(guī)定：低壓廠用電母線上的饋線和電機(jī)回路應(yīng)裝設(shè)單相接地短路保護(hù)，可用相間短路保護(hù)兼做單相接地短路保護(hù)，當(dāng)單相接地短路保護(hù)靈敏度不夠時，應(yīng)設(shè)單獨的單相接地保護(hù)裝置。但電廠建設(shè)時MCC饋線多數(shù)不加零序保護(hù)[1]。

各大設(shè)計院在新電廠的設(shè)計中，大多數(shù)火電廠設(shè)計時PC 段大饋線有零序保護(hù)，定值為0.25In。MCC 饋線回路中只設(shè)計了SL 兩段式熱磁塑殼斷路器，短延時（相間短路保護(hù)）兼做零序保護(hù)，定值為8In，不可調(diào)。這種保護(hù)定值的設(shè)置可能會出現(xiàn)零序保護(hù)定值倒掛[2]。

當(dāng)較長饋線遠(yuǎn)端金屬接地或近端非金屬接地時，會出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象。案例如：某電廠汽機(jī)MCC 饋線-汽機(jī)房排水泵電控箱，電纜采用ZRC-YJV22-1-4x16，長度143m，正序單位阻抗（1.097+j0.087）mΩ/m，零序單位阻抗(7.679+j0.348)mΩ/m。

此汽機(jī)房排水泵電控箱電源采用KFM2-100H塑殼斷路器，回路負(fù)荷電流30A，斷路器額定電流50A，速斷定值裝置固定10In（即500A），無零序保護(hù)。汽機(jī)MCC 電源線采用KFW2-1600脫扣器保護(hù)，回路負(fù)荷電流為600A，脫扣器額定電流為800A，短延時保護(hù)為3In（即2400A），接地保護(hù)為0.25In（即200A）。

當(dāng)在本線路末端發(fā)生單相接地故障：

結(jié)論：流過本線路的3I0為490A，而本線路的速斷定值為500A，故本線路保護(hù)拒動，但本MCC電源線路零序定值為200A，從而造成了越級跳閘的情況。因此，建議在MCC 饋線加零序保護(hù)，定值為0.5～0.7In 延時級差0.2S[3]。

為避免這種越級跳閘問題，最新的《DL1502-2016廠用電繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則》第9.2.3.1規(guī)定[4]，400V 直接接地(TN)系統(tǒng)接地保護(hù)整定計算方法如下：按躲過饋線最大負(fù)荷的不平衡電流計算；與下級的配合：下一級有零序保護(hù)時按與零序保護(hù)最大動作電流配合，無零序保護(hù)時按與相電流保護(hù)最大動作電流配合（單相接地時不會越級跳閘）。

推論：按這個規(guī)定，當(dāng)下級無零序保護(hù)，進(jìn)線的零序保護(hù)應(yīng)當(dāng)大于饋線的相間短路保護(hù)定值，這樣可以避免越級跳閘的發(fā)生；但是當(dāng)較長饋線遠(yuǎn)端金屬接地或單相非金屬接地時，本級短延時（過流保護(hù)）及上級的零序保護(hù)存在不動作的風(fēng)險，有發(fā)生電氣火災(zāi)可能[5]。案例如下：

某電廠#2機(jī)鍋爐MCC 段2A 送風(fēng)機(jī)油站電源，電纜采用ZRC-YJV22-1-4x6，長度170m，正序單位阻抗（2.867+j0.1）mΩ/m，零序單位阻抗(26.519+j0.4)mΩ/m。2A 送風(fēng)機(jī)油站電源采用KFM2-100H 塑殼斷路器，回路負(fù)荷電流12A，斷路器額定電流25A，速斷定值裝置固定10In（即250A），無零序保護(hù)。#2機(jī)鍋爐MCC 段電源采用KFW2-1600脫扣器保護(hù)，回路負(fù)荷電流為560A，脫扣器額定電流為800A，短延時保護(hù)為2.5In（即2000A），接地保護(hù)為0.25In（即200A）。

當(dāng)在本線路末端發(fā)生單相接地故障，流過本線路的3I0為126A（計算過程與案例一相同，在此不再列出），而本線路的速斷定值為250A，故本線路保護(hù)拒動，但本MCC 電源線路零序定值為200A，從而造成發(fā)生接地故障而PC 和MCC 兩級開關(guān)均拒動的情況，存在長期接地造成電氣火災(zāi)的可能。因此，建議在MCC 饋線加零序保護(hù)，定值為0.5～0.7In延時級差0.2S。

廣泛存在嚴(yán)重的大馬拉小車現(xiàn)象，如用最小的16A 的SL 兩段式熱磁塑殼開關(guān)帶4平方100m 以上線路的負(fù)荷時，很有可能出現(xiàn)末端金屬接地拒動。簡單分析如下：回路零序阻抗按2Ω 計算（4方線100md 的電阻為0.403Ω，加上PC 線路阻抗和地網(wǎng)阻抗、再加上過渡電阻，達(dá)到2Ω 是很正常的）。那么零序電流只有110A(220V/2Ω)，本回路塑殼開關(guān)短延時保護(hù)為128A（16×8），因此拒動，當(dāng)進(jìn)線的零序保護(hù)小于110A 時，就會發(fā)生越級跳閘故障。建議在MCC 饋線加零序保護(hù)，定值為0.5～0.7In 延時級差0.2S。

3 結(jié)語

低壓廠用電一般饋線的零序保護(hù)電流整定值為0.5～0.7In（躲過不平衡電流，且小于進(jìn)線的零序保護(hù)整定值），最小5A，延時級差0.2S；檢修回路的零序保護(hù)定值為0.5～0.7In，躲過不平衡電流，且大于常用380V 電焊工作電流的3倍。因為兩相電焊的零序電流至少為負(fù)的B 相電流，還有涌流；檢修、照明、電伴熱、煙囪防撞燈等回路用剩余電流保護(hù)原理，零序保護(hù)電流整定值為0.5～0.7In，最小5A，延時級差0.2S。