發電廠高壓廠用電源接地故障時廠用電源切換存在問題的研究

李 楠

(華電電力科學研究院有限公司東北分院，遼寧 沈陽 110179)

1 發電廠6 kV/10 kV廠用高壓系統接線方式

電廠廠用高壓系統在滿足單相接地繼電保護可靠性和過電壓絕緣配合的前提下，為防止弧光過電壓及諧振過電壓，一般采用中性點經低電阻接地方式，系統接線方式如圖1所示。高壓廠用變壓器及啟動備用變壓器低壓側中性點經電阻接地，低壓側繞組經共箱母線引接至6 kV/10 kV廠用高壓母線。

圖1 電廠6 kV/10 kV廠用一次系統

2 高壓廠用電源單相接地故障時的保護配置及整定原則

廠用高壓系統單相接地保護應按與廠用負荷單相接地保護最大動作電流定值及時間定值進行配合整定。母線系統接地故障如果僅考慮廠用母線接地故障(故障點1)，則進線斷路器與低壓側繞組連接共箱母線接地故障(故障點2)存在死區，因此需要配置零序過流Ⅱ段保護，如圖2所示。

圖2 火力發電廠6 kV/10 kV廠用系統母線接地故障

根據DL/T 1502—2016《廠用電繼電保護整定計算導則》，高壓廠用變壓器低壓側中性點經小電阻接地，低壓側單相接地保護出口方式為零序過流保護Ⅰ段動作跳本分支斷路器、閉鎖備用電源切換；零序過流保護Ⅱ段動作停機、啟動備用電源切換[1]。由于零序過流保護Ⅰ段與零序過流保護Ⅱ段保護范圍不同，因此2段保護出口不同。

3 高壓廠用電源接地故障時廠用電源切換存在的問題

當廠用電源發生電氣系統故障，廠用電快切裝置切換電源時，一般伴隨出現比較復雜的情況，根據故障類型不同、故障切除時間差異等因素都將直接影響著廠用電快切裝置的切換動作和結果，甚至造成電源切換失敗[2]。當發電廠廠用高壓變壓器中性點采用經電阻接地的運行方式時，如果高廠變低壓繞組至廠用分支進線斷路器間的母線發生接地故障時(如圖2所示)，由于故障點不在廠用高壓母線上，因此廠用電源應切換至備用電源進線，保障發電機組安全停機。但目前存在的主要問題是廠用高壓電源無法通過廠用電切換裝置自動切換至備用電源，從而導致全廠失電。

4 原因分析

4.1 廠用零序過流保護導致的廠用電源切換失敗的原因分析

根據零序過流保護出口跳閘矩陣，當高壓廠用變壓器低壓側至分支斷路器間共箱母線發生接地故障時，分支零序過流保護Ⅰ段先動作，出口動作跳本分支斷路器、閉鎖廠用快切裝置，但此時故障點依然存在。經過零序過流保護Ⅱ段延時，零序過流保護Ⅱ段動作，保護動作機組全停，啟動廠用電快切。此時故障點切除，但是由于 “閉鎖快切裝置”信號在故障點切除前并沒有返回，如圖3所示，因此分支零序過流Ⅱ段出口“啟動廠用電源切換”無法正常啟動廠用電源切換，最終導致廠用電源失電，影響機組的安全停機。

圖3 高廠變低壓繞組至分支斷路器接地故障時零序過流保護出口動作特性

4.2 廠用電快切裝置邏輯和分支零序過流保護無法配合的原因分析

廠用電源切換按啟動原因分類主要分為正常手動切換、事故自動切換、不正常情況自動切換。不正常情況切換主要分為母線失壓和工作電源開關誤跳。廠用電快切裝置為防止備用電源誤投入故障母線，保護裝置可以給出閉鎖廠用電源切換接點[3]。如果該接點閉合，裝置將自動閉鎖出口回路，發裝置閉鎖信號，并且需要人工手動發出復歸信號，否則裝置將保持閉鎖狀態。但對于后備失電的裝置閉鎖，當后備電壓恢復時，裝置不必經人工復歸即可解除閉鎖[4-6]。廠用電源切換邏輯如圖4所示。

圖4 廠用快切裝置事故切換邏輯

綜上所述，當高壓廠用變壓器低壓側至分支斷路器間共箱母線發生接地故障時，由于分支零序過流保護Ⅰ段先動作，首先閉鎖廠用快切裝置。當快切裝置閉鎖后需要手動復歸，因此當分支零序過流Ⅱ段動作出口啟動快切時，快切裝置已經無法啟動。這同樣將導致廠用電源消失，6 kV/10 kV所有重要負荷全部失電，給機組的安全停機造成較大的安全隱患。

5 改進方法

a.修改發變組保護出口矩陣。當發變組保護分支零序過流保護Ⅱ段動作時，修改發變組出口跳閘矩陣，將啟動廠用快切信號修改為合廠用備用進線斷路器指令，同時為防止零序過流保護Ⅰ段動作后進線斷路器未跳開，應將進線斷路器的常閉觸點串入合廠用備用進線斷路器指令，防止備用電源合于故障上。

b.修改廠用電快切裝置的切換邏輯。通過修改廠用電快切裝置的閉鎖條件邏輯，可以在零序過流保護Ⅱ段動作時完成廠用電源的切換。其閉鎖條件邏輯增加一個附加條件并增加相應的開入回路，即當零序過流保護Ⅱ段動作時，可以強制開放廠用電源切換出口，不需要進行快切裝置的人工手動復位操作。

c.在分散控制系統中增加廠用電源切換邏輯功能，用以解決廠用分支零序Ⅱ段保護動作時的廠用電源切換。切換邏輯主要包括快切裝置及保護判斷邏輯、斷路器位置判斷邏輯和模擬量判斷邏輯3個主要邏輯。切換邏輯設置投入退出功能，機組檢修期間人為退出切換邏輯。快切裝置及保護判斷邏輯用于判斷廠用分支零序動作情況以及廠用快切裝置閉鎖信號；廠用電源斷路器位置判斷邏輯用于判斷當進線斷路器和備用進線斷路器同時處于分位狀態時，切換邏輯功能可用，當切換完成后，備用進線斷路器處于合位狀態，切換邏輯自動退出運行。模擬量判斷邏輯用于當進線斷路器跳閘失敗且位置接點故障的狀態下，防止備用電源合于故障點的功能。當3個主要邏輯全部滿足條件，廠用電源切換動作，完成故障狀態下的廠用電源切換功能，邏輯框圖如圖5所示。通過此保護邏輯，不但可以保證當發變組分支零序Ⅱ段動作時廠用電源的可靠性，同時可以避免此保護邏輯出口的誤動作。

圖5 通過分散控制系統對備用進線斷路器進行合閘操作邏輯

6 結語

本文通過對廠用快切裝置邏輯與DL/T 1502—2016《廠用電繼電保護整定計算導則》關于分支零序Ⅱ段出口要求存在不配合的問題，分析了保護在動作過程中可導致的主要后果。通過提出的3種主要改進方法，可以完全解決在特殊情況下無法通過廠用快切裝置對廠用電源進行自動切換的問題，提高了廠用電源的可靠性，為機組安全停機提供了保障。