大型火電廠0.4kV低壓廠用電現(xiàn)狀及保護(hù)配置研究

廉永

【摘 要】火電是我國(guó)最為主要的發(fā)電形式，在裝機(jī)總量中所占比重長(zhǎng)期保持在70%以上，隨著我國(guó)電力工業(yè)朝大機(jī)組、大電廠方向發(fā)展，火電機(jī)組的安全顯得越來(lái)越突出。本文通過(guò)對(duì)大型火電廠0.4Kv低壓廠用電運(yùn)行方式進(jìn)行了討論，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)大型火電廠低壓廠用電設(shè)計(jì)方案及運(yùn)行情況進(jìn)行分析，最后提出解決方法。

【關(guān)鍵詞】低壓廠用電 接地 保護(hù)配置

1 大型火電廠0.4kV低壓廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式

全國(guó)能設(shè)計(jì)大型火電廠（600MW及以上）的設(shè)計(jì)院低壓廠用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直以來(lái)存在兩種方案：一種是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（IT小電流系統(tǒng)）；另一種是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（TN大電流系統(tǒng)）。

2 0.4kV低壓IT系統(tǒng)與TN系統(tǒng)的比較

低壓IT系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)單相絕緣出現(xiàn)破損甚至是金屬性接地仍不影響系統(tǒng)運(yùn)行，相間（線）電壓不變，相電流不變，流入大地的電流為系統(tǒng)的電容電流，不影響三相負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的可靠性高，人身安全性非常好。低壓IT系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：?jiǎn)蜗嘟饘俳拥貢r(shí)故障相對(duì)地電壓降為“0V”，非故障相對(duì)地電壓升高倍，系統(tǒng)的絕緣水平要求較高，投資較大，易發(fā)生非線性鐵磁諧振，燒毀PT或其熔斷器。且每段母線保護(hù)控制回路的AC220V電壓及照明、檢修等單相負(fù)荷需要經(jīng)隔離變?nèi)〉茫哟罅送顿Y。低壓TN系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)對(duì)絕緣要求低，AC220V單相電隨處可得，接線靈活方便。低壓TN系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：出現(xiàn)單相接地故障后，設(shè)備外殼帶電，對(duì)人體危害較大；且故障點(diǎn)對(duì)地電流較大，可能導(dǎo)致缺相保護(hù)或者零序保護(hù)動(dòng)作，從而影響系統(tǒng)的連續(xù)供電；因隨處可取AC220V電源，導(dǎo)致接線混亂，經(jīng)常出現(xiàn)：有的單相負(fù)荷在母線上接線時(shí)只有火線，零線直接就近接到接地銅排上的情況，給檢修帶來(lái)極大的麻煩。西方發(fā)達(dá)國(guó)家亦有這樣的研究結(jié)論：低壓IT系統(tǒng)最安全，供電可靠性最好！

3 大型火電廠低壓廠用電設(shè)計(jì)方案及運(yùn)行情況

3.1 2010年以前投運(yùn)的大型火電廠低壓廠用電設(shè)計(jì)方案及運(yùn)行情況

據(jù)調(diào)查在開(kāi)篇所述的幾大設(shè)計(jì)院中，在2008/2009年前，多數(shù)設(shè)計(jì)院在0.4kV低壓廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)多采用IT系統(tǒng)。原因很簡(jiǎn)單：系統(tǒng)可靠性好、連續(xù)供電能力強(qiáng)，不會(huì)因單相接地直接動(dòng)作于零序保護(hù)跳閘，從而影響電機(jī)或饋線運(yùn)行，甚至影響機(jī)組發(fā)電、供電。存在的問(wèn)題是：因電容電流的大小和電壓成正比關(guān)系，因此0.4kV的IT系統(tǒng)，出項(xiàng)單相接地時(shí)，因整段母線的電容電流不足500mA，故此導(dǎo)致小電流接地選線不能動(dòng)作報(bào)警。致使出現(xiàn)單相接地故障后很難查找出故障點(diǎn)，有些電廠甚至是連續(xù)單相接地?cái)?shù)月，帶故障運(yùn)行。出現(xiàn)這一問(wèn)題的原因也很簡(jiǎn)單：電容電流太小，尤其是多數(shù)接地為非金屬性接地，導(dǎo)致接地點(diǎn)的零序電流更小。一般接地選線廠家提供的零序電流互感器為50/1或100/1，而選線裝置的啟動(dòng)電流一般為10mA，因此一次側(cè)零序電流需達(dá)到500mA以上才能動(dòng)作，這是無(wú)法滿足的條件。零序電流互感器多為硅鋼片鐵芯，為了安裝方便經(jīng)常選用開(kāi)口式互感器，加大了互感器的漏磁，使其起勵(lì)電流更大，致零序互感器輸出更小，精度更差。

3.2 2010年以后投運(yùn)的大型火電廠低壓廠用電設(shè)計(jì)方案及運(yùn)行情況

除華東院以外的大多數(shù)設(shè)計(jì)院，在2008/2009年后，相繼將0.4kV低壓廠用電系統(tǒng)由IT系統(tǒng)改為T(mén)N系統(tǒng)，原因是國(guó)家電網(wǎng)越來(lái)越強(qiáng)大，電力供應(yīng)已經(jīng)變得供大于求，單個(gè)電廠或發(fā)電機(jī)組的脫網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)影響很小，因此對(duì)電廠的連續(xù)發(fā)電要求降低，也為電廠基建項(xiàng)目節(jié)省了投資。

存在的問(wèn)題是：根據(jù)DL5153-2014大型火電廠廠用電設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：PC母線100KW以上電機(jī)或饋線（1類(lèi)以上負(fù)荷），必須設(shè)零序保護(hù)，MCC母線電機(jī)或饋線的相間短路的靈敏度滿足相地短路的靈敏度要求時(shí)，不再單獨(dú)設(shè)置零序保護(hù)。因此多數(shù)設(shè)計(jì)院（化工、鋼鐵、玻璃、水泥等行業(yè)）都沒(méi)有設(shè)置零序保護(hù)，過(guò)流保護(hù)用塑殼斷路器實(shí)現(xiàn)，熱保護(hù)用熱繼或熔斷器實(shí)現(xiàn)。

最新現(xiàn)象：當(dāng)電廠0.4kV低壓廠用電（IT系統(tǒng)）MCC饋線或電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)單相金屬性（A、B、C三相中的一相對(duì)大地）接地時(shí)，本回路塑殼斷路器不能跳閘，而是上級(jí)PC饋線零序保護(hù)越級(jí)跳閘，導(dǎo)致大面積失電，故障擴(kuò)大甚至出現(xiàn)非計(jì)劃性停機(jī)，影響巨大。而且這一現(xiàn)象已經(jīng)不是某一電廠、某一集團(tuán)的問(wèn)題，他成為了影響電廠安全運(yùn)行的巨大隱患！

低壓廠用電短路計(jì)算原則如下：

（1）計(jì)及電阻。（2）低壓廠用電高壓側(cè)電壓在短路時(shí)可以認(rèn)為不變。（3）當(dāng)動(dòng)力中心（PC）的饋線回路三相短路時(shí)，應(yīng)計(jì)及饋線回路的阻抗，但可不計(jì)及異步電動(dòng)機(jī)的反饋電流。動(dòng)力中心（MCC）短路電流，由低壓廠用變壓器及異步電動(dòng)機(jī)兩部分供給，并按相角相同取算數(shù)和計(jì)算，可取低壓廠用變壓器容量的60%。

因從故障點(diǎn)看進(jìn)去：正序阻抗和負(fù)序阻抗相等，0.4kV電纜的感抗遠(yuǎn)小于阻抗（4平方毫米的負(fù)序感抗是0.101mΩ/m，電阻為4.3mΩ/m），且零序阻抗遠(yuǎn)大于正序和負(fù)序阻抗，為了取得電流極大值，將分子最大化為220V，分母最小化為R=4Ω，得出I=55A。而8KW電機(jī)相電流16A，塑殼的過(guò)流保護(hù)倍數(shù)為7倍，即112A，遠(yuǎn)大于單相接地電流55A，所以本回路塑殼斷路器不動(dòng)作。

結(jié)論：在電廠低壓廠用電MCC中，相間短路的靈敏度不能滿足相地短路的靈敏度要求！

4 解決問(wèn)題的方法

（1）PC饋線和MCC饋線和電機(jī)回路均不加裝零序保護(hù)（不符合規(guī)范要求）。（2）PC饋線和MCC饋線和電機(jī)回路均加裝零序保護(hù)，缺點(diǎn)是投資太大。（3）加裝MCC饋線和電機(jī)回路的零序（漏）電流測(cè)控裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每條線路和電機(jī)的漏電流，報(bào)警或跳塑殼斷路器的分勵(lì)線圈。只報(bào)警時(shí)可以做狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；也可以分級(jí)報(bào)警，在故障擴(kuò)大前排除故障；或者在PC越級(jí)跳閘后，可以有效幫助運(yùn)行人員確定故障抽屜，而不必將所有抽屜拉出后，再送電之后逐一推上抽屜。

5 綜述

電廠0.4kV低壓廠用電系統(tǒng)選用IT或TN系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，都存在單相接地故障難以查找排除的問(wèn)題，此類(lèi)故障不影響IT系統(tǒng)的安全運(yùn)行，而在TN系統(tǒng)中，已經(jīng)到了必須排除故障的地步了，否則會(huì)對(duì)電廠安全運(yùn)行帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)！