電廠380 V低壓配電系統(tǒng)工作段失電原因分析及處理措施

佟 輝,潘憶南

(大慶油田電力集團(tuán)宏偉熱電廠,黑龍江 大慶 163411)

電廠380 V低壓配電系統(tǒng)工作段失電原因分析及處理措施

佟 輝,潘憶南

(大慶油田電力集團(tuán)宏偉熱電廠,黑龍江 大慶 163411)

為了避免宏偉熱電廠過零序電流保護(hù)與出線回路的保護(hù)配合出現(xiàn)失誤故障,根據(jù)低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn),分析了宏偉熱電廠380 V低壓配電系統(tǒng)工作段失電故障原因,指出了廠用變保護(hù)與出線回路斷路器保護(hù)之間存在的諸多問題,即出線回路斷路器機(jī)械過流保護(hù)不完善、電參量測(cè)試及測(cè)量精度精度差、斷路器機(jī)械過流定值整定局限性等問題造成上下級(jí)保護(hù)很難匹配,提出了用微機(jī)型保護(hù)裝置取代斷路器機(jī)械過流保護(hù)等處理措施,合理整定廠用變、備用變和出線回路保護(hù)在動(dòng)作值和時(shí)限上的匹配關(guān)系,保證了380 V低壓配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

單相接地;整定;可靠性;靈敏性

目前,在發(fā)電廠低壓配電系統(tǒng)故障中,單相接地短路是最常見的一種故障。低壓系統(tǒng)對(duì)單相接地故障的保護(hù)方式主要是變壓器低壓側(cè)中性線上接零序電流保護(hù)裝置,按躲過正常啟動(dòng)、運(yùn)行時(shí)中性線上流過的最大不平衡電流來整定,按規(guī)程該電流一般取額定電流的25%[1-4]。宏偉熱電廠曾發(fā)生過零序電流保護(hù)與出線回路的保護(hù)配合失誤故障,使得停電范圍擴(kuò)大,嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了保證宏偉熱電廠,低壓廠用系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)保護(hù)裝置正確動(dòng)作,本文分析了低壓配電系統(tǒng)因單相接地故障引起的工作段失電原因,指出了380 V低壓配電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上存在的無單相接地保護(hù)功能、電參量測(cè)試及測(cè)量精度無法確定、定值整定局限性等諸多問題,提出了相應(yīng)的處理措施,保證了低壓廠用電系統(tǒng)的用電安全。

1 低壓廠用系統(tǒng)短路故障情況

2014年10月26日16時(shí)35分,宏偉熱電廠3號(hào)發(fā)電機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵內(nèi)部發(fā)生單相接地故障,5號(hào)廠用變低壓側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作,低壓側(cè)52開關(guān)跳閘,備用分支53開關(guān)聯(lián)動(dòng)成功后,3號(hào)機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵開關(guān)機(jī)械過流保護(hù)動(dòng)作開關(guān)跳閘,同時(shí) 3號(hào)備用變B02開關(guān)機(jī)械過流保護(hù)動(dòng)作開關(guān)跳閘,造成低壓配電系統(tǒng)工作五段失電。具體一次接線如圖1所示。

圖1 3號(hào)機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵饋線接線圖

2 380V低壓配電系統(tǒng)工作段失電故障原因分析

通過對(duì)宏偉熱電廠低壓配電系統(tǒng)回路開關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn),各項(xiàng)電氣設(shè)備功能均正常,因此,可以排除開關(guān)拒動(dòng)的可能性。隨后又對(duì)回路開關(guān)設(shè)備的整定值進(jìn)行了校核。

2.1 回路開關(guān)設(shè)備定值整定

2.1.1 3號(hào)發(fā)電機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵斷路器機(jī)械過流整定

3號(hào)發(fā)電機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵容量為132 kW,額定電流為251 A。其斷路器為Masterpact MW/630A施耐德框架抽屜式斷路器,配有機(jī)械過流保護(hù)功能,其整定值設(shè)定如下:

長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流整定系數(shù)(K0)取0.95;長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作時(shí)間整定值Tr取8 s;短延時(shí)動(dòng)作電流整定系數(shù)(Km)取5;短延時(shí)動(dòng)作時(shí)間整定值Tr取0.1 s,此值為最小時(shí)間整定值;斷路器額定電流In為630 A。

長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流值為:

Ir=K0×In=0.95×630=598.5 A

短延時(shí)動(dòng)作電流值為:

Isd=Km×Ir=5×598.5=2992.5 A

2.1.2 備用分支53斷路器機(jī)械過流整定值

備用分支53斷路器為Masterpact MT25H1/1250 A施耐德框架抽屜式斷路器,配有機(jī)械過流保護(hù)功能,其整定值設(shè)定如下:

長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流整定系數(shù)(K0)取0.98;長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作時(shí)間整定值Tr取0.5 s;短延時(shí)動(dòng)作電流整定系數(shù)(Km)取2.0;短延時(shí)動(dòng)作時(shí)間整定值Tr取0.2 s;斷路器額定電流In為1250 A。

長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流值為:

Ir=K0×In=0.98×1250=1225 A

短延時(shí)動(dòng)作電流值為:

Isd=Km×Ir=2×1225=2450 A

2.1.3 3號(hào)備用變B02斷路器機(jī)械過流整定值

3號(hào)備用變B02斷路器為Masterpact MT25H1/1250 A施耐德框架抽屜式斷路器,配有機(jī)械過流保護(hù)功能,其整定值設(shè)定如下:

長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流整定系數(shù)(K0)取0.98;長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作時(shí)間整定值Tr取0.5 s;短延時(shí)動(dòng)作電流整定系數(shù)(Km)取2.5;短延時(shí)動(dòng)作時(shí)間整定值Tr取0.2 s;斷路器額定電流In為1250 A。

長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流值為:

Ir=K0×In=0.98×1250=1225 A

短延時(shí)動(dòng)作電流值為:

Isd=Km×Ir=2.5×1225=3062.5 A

2.1.4 5號(hào)廠用變保護(hù)整定值

5號(hào)廠用變低壓側(cè)零序保護(hù)整定值為Idz=1.4 A,τ=12。低壓側(cè)中性點(diǎn)反時(shí)限零序過流保護(hù)啟動(dòng)電流一次值為700 A,低壓側(cè)中性點(diǎn)反時(shí)限零序過流保護(hù)反時(shí)限公式:

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)(表1)繪制動(dòng)作時(shí)限特性曲線,如圖2所示。

2.2 低壓配電系統(tǒng)工作段失電故障原因

根據(jù)5號(hào)廠用變綜合保護(hù)裝置記錄的低壓側(cè)中性點(diǎn)反時(shí)限零序保護(hù)電流動(dòng)作值可知,3號(hào)發(fā)電機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵單相接地短路電流為4620 A,達(dá)到3號(hào)發(fā)電機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵斷路器短延時(shí)動(dòng)作電流值,另外此次單相接地故障也達(dá)到5號(hào)廠用變低壓側(cè)零序過流啟動(dòng)值,此次短路電流達(dá)到額定電流倍數(shù)為:

N=Idl/In=4620/700=6.6

圖2 反時(shí)限零序過流動(dòng)作時(shí)限特性曲線圖

理論上此次故障應(yīng)該只有3號(hào)發(fā)電機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵開關(guān)跳閘,380 V 五段其余開關(guān)不受影響。雖然3號(hào)發(fā)電機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵斷路器機(jī)械過流整定為0.1 s,5號(hào)廠用變低壓側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)限約為0.2 s,但3號(hào)發(fā)電機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵斷路器機(jī)械過流反時(shí)限保護(hù)特性較差,故障發(fā)生時(shí)3號(hào)機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵機(jī)械保護(hù)慢于5號(hào)廠用變微機(jī)保護(hù)動(dòng)作,5號(hào)廠用變低壓側(cè)開關(guān)跳閘,備用分支53開關(guān)聯(lián)動(dòng)成功。當(dāng)備用分支53開關(guān)聯(lián)動(dòng)成功后,再一次地沖擊故障點(diǎn),導(dǎo)致單相接地短路產(chǎn)生的弧光瞬間轉(zhuǎn)變成相間短路,均達(dá)到2號(hào)凝結(jié)水泵開關(guān)、備用分支53開關(guān)以及3號(hào)備用變B02開關(guān)的機(jī)械過流設(shè)定值。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際動(dòng)作情況,3號(hào)備用變B02機(jī)械過流保護(hù)動(dòng)作,開關(guān)跳閘;3號(hào)機(jī)2號(hào)凝結(jié)水泵機(jī)械過流保護(hù)動(dòng)作,開關(guān)跳閘,造成380 V工作五段失電,擴(kuò)大事故,實(shí)際保護(hù)動(dòng)作順序如圖3所示,各開關(guān)保護(hù)動(dòng)作流程圖如圖4所示。

圖3 保護(hù)及開關(guān)動(dòng)作示意圖

圖4 繼電保護(hù)動(dòng)作流程圖

3 380 V低壓配電系統(tǒng)原設(shè)計(jì)存在的問題

根據(jù)上述分析,宏偉熱電廠此次低壓配電系統(tǒng)工作五段失電,在設(shè)計(jì)上主要存在以下問題。

3.1 380 V低壓配電系統(tǒng)出線回路無單相接地保護(hù)設(shè)計(jì)

380 V低壓配電系統(tǒng)中變壓器低壓側(cè)單相接地短路有多種保護(hù)方式,但設(shè)計(jì)時(shí)往往為了簡(jiǎn)化二次回路和減少初投資,通常用變壓器低壓側(cè)零序保護(hù)兼作380 V低壓配電系統(tǒng)單相接地短路保護(hù)。按《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》的要求,低壓廠用變壓器的單相接地保護(hù)可按以下方面進(jìn)行配置:

對(duì)于低壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地的變壓器,當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生單相接地短路故障時(shí),可由反時(shí)限電流繼電器組成中性線上的零序過電流保護(hù)或采用兩相三繼電器接線,使高壓側(cè)的過電流保護(hù)兼作低壓側(cè)的單相短路保護(hù)。而宏偉熱電廠設(shè)計(jì)采用低壓側(cè)反時(shí)限零序過電流保護(hù),高壓側(cè)過電流保護(hù)作為低壓側(cè)后備保護(hù)[5-6]。出線回路沒有配備專門的單相接地保護(hù),只是簡(jiǎn)單的機(jī)械過流保護(hù),斷路器機(jī)械過流保護(hù)整定時(shí)按躲過電動(dòng)機(jī)的最大啟動(dòng)電流為依據(jù)設(shè)定的。,而通過實(shí)際反復(fù)試驗(yàn)得知,大多數(shù)電動(dòng)機(jī)一般最大啟動(dòng)電流為電機(jī)額定電流的6～8倍左右,再考慮機(jī)械過流的定值誤差值,這種僅有機(jī)械過流保護(hù)功能的斷路器在面對(duì)單相接地故障時(shí)容易引起斷路器拒動(dòng),因此在380 V低壓配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),出線回路斷路器機(jī)械過流保護(hù)不能保證可靠動(dòng)作。

3.2 380 V低壓配電系統(tǒng)出線回路斷路器機(jī)械過流電參量測(cè)試及測(cè)量精度不確定度

由此次380 V工作五段失電可知,2號(hào)凝結(jié)水泵開關(guān)雖然按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行整定,但于斷路器機(jī)械過流電參量無法進(jìn)行實(shí)際測(cè)試,斷路器精度存在很大不確定性。因此,斷路器機(jī)械過流保護(hù)與上級(jí)保護(hù)很難配合,且保護(hù)靈敏度和選擇性也難以兼顧。

3.3 380 V低壓配電系統(tǒng)出線回路斷路器機(jī)械過流定值整定局限性

斷路器機(jī)械過流無論是長(zhǎng)延時(shí)過流Ir還是短延時(shí)過流Isd均是按額定電流In的倍數(shù)進(jìn)行整定。對(duì)于53開關(guān)或B02開關(guān)額定電流In為1250 A的斷路器來說,電流定值如果按斷路器給定的倍數(shù)整定,上下級(jí)電流整定值差距就會(huì)很大,極容易引起斷路器拒動(dòng)作;如果不按斷路器給定倍數(shù)整定,具體的動(dòng)作值就無法確定,只能進(jìn)行估算,容易引起斷路器誤動(dòng)作,因此,實(shí)際整定時(shí)在保護(hù)靈敏度和選擇性兩方面無法合理地統(tǒng)籌兼顧。

在動(dòng)作時(shí)限上,斷路器機(jī)械過流時(shí)間精度差,負(fù)荷斷路器與廠用變低壓側(cè)斷路器、負(fù)荷斷路器與備用分支、備用變斷路器無法嚴(yán)格按上下級(jí)階梯原則整定,所以故障時(shí)無法有選擇性地切除斷路器。

4 380 V低壓配電系統(tǒng)工作段失電處理措施

針對(duì)宏偉熱電廠現(xiàn)有低壓配電系統(tǒng)出線回路斷路器機(jī)械過流保護(hù)存在的諸多問題,建議出線回路保護(hù)采用微機(jī)型保護(hù)裝置取代斷路器機(jī)械過流保護(hù)。微機(jī)型保護(hù)裝置具有以下功能特點(diǎn):

1) 具有接地保護(hù)功能,可保護(hù)各相對(duì)電動(dòng)機(jī)金屬外殼的短路保護(hù),對(duì)非直接接地故障同樣能夠可靠動(dòng)作。

2) 具有堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能,當(dāng)電機(jī)在運(yùn)行中負(fù)荷過大或自身機(jī)械原因造成電機(jī)軸被卡住(抱閘)時(shí),該保護(hù)在允許時(shí)間內(nèi)迅速跳閘,避免燒毀電機(jī)。

3) 具有短路保護(hù)功能,對(duì)電動(dòng)機(jī)相間及電動(dòng)機(jī)繞組匝間的短路保護(hù),可避免電機(jī)燒毀。

4) 整定定值精度高,電壓及電流定值誤差:<±5%整定值,時(shí)間定值誤差:<±1%整定時(shí)間或±35ms。

5) 具有強(qiáng)大的硬件平臺(tái),計(jì)算速度快,可靠性高。

在出線回路上加裝微機(jī)型保護(hù)裝置后,將廠用變低壓側(cè)反時(shí)限零序過流保護(hù)調(diào)整為定時(shí)限,再按繼電保護(hù)整定原則,合理整定廠用變、備用變和出線回路保護(hù)在動(dòng)作值和時(shí)限上的匹配關(guān)系,以滿足保護(hù)裝置靈敏性、可靠性和選擇性的要求。

5 結(jié) 語

根據(jù)宏偉熱電廠380 V低壓配電系統(tǒng)工作五段失電的動(dòng)作情況,本文分析了宏偉熱電廠380 V低壓配電系統(tǒng)短路故障原因,指出了380 V低壓配電系統(tǒng)出線回路斷路器機(jī)械過流保護(hù)存在無單相接地保護(hù)功能、電參量測(cè)試及測(cè)量精度無法確定、定值整定局限性等諸多問題,提出采用微機(jī)型保護(hù)裝置取代斷路器機(jī)械過流保護(hù),這樣可以更好地與上級(jí)保護(hù)精準(zhǔn)配合,對(duì)用電線路“無死角”保護(hù),能夠大幅度提高380 V低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

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[6] 張巖,陳松華,李寧凱,等.關(guān)于380 V單相接地短路電流計(jì)算的探討[J].福建建設(shè)科技,2006(5):85,86.ZHANG Yan,CHEN Songhua,LI Ningkai,et al.Discussion on the calculation of 380 V grounded single phase short-circuit current[J].Fujian Construction Science & Technology,2006(5):85,86.

(責(zé)任編輯 侯世春)

Cause analysis and treatment measures of power loss in the working section of380V low voltage distribution system of power plant

TONG Hui,PAN Yinan

(Hongwei Thermal Power Plant of Daqing Oilfield Electric Power Group,Daqing 163411,China)

In order to avoid the failure occurred in Hongwei thermal power plant when the zero sequence overcurrent protection was coordinated with the transmission line protection,the cause of power loss in the working section of 380V low voltage distribution system of Hongwei thermal power plant was analyzed,according to the operation characteristics of low voltage distribution system.Also the problems existing between the station transformer protection and the protection of circuit breaker of transmission line were pointed out.Namely,the imperfect mechanical overcurrent protection of circuit breaker of transmission line,the poor precision of electric parameter test and measurement,limitation to the mechanical overcurrent setting calculation of circuit breaker and other problems caused it difficult to match between the upper stage protection and lower stage protection.Therefore,treatment measures were put forward such as replacing the mechanical overcurrent protection of circuit breaker with the microprocessor protection device and the matching relationship among station transformer,standby transformer and the transmission line protection was reasonably set in regard to working value and time limit,ensuring stable operation of 380V low voltage distribution system.

single phase grounding; setting; reliability; sensitivity

2016-06-16。

佟 輝(1967—),男,高級(jí)工程師,從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化研究工作。

TM621.7

B

2095-6843(2016)06-0497-04