寧波鋼鐵電力系統(tǒng)越級跳閘分析及解決對策

白宗正+王孝和

摘 要： 本文簡單介紹了寧波鋼鐵有限公司設(shè)計之初選擇的微機(jī)保護(hù)采樣原理，并針對寧波鋼鐵有限公司在使用微機(jī)型繼電保護(hù)過程中出現(xiàn)的越級跳閘事故進(jìn)行了分析，提出了一些對保護(hù)的設(shè)計選型、升級的建設(shè)性意見，對有效解決微機(jī)保護(hù)拒動、誤動，提供了自己的思路，供廣大專業(yè)技術(shù)人員參考和研究。

關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)；采樣；越級跳閘

寧波鋼鐵有限公司在2003年進(jìn)行10kV電力系統(tǒng)饋出線保護(hù)設(shè)計之初選擇的是清華紫光的DCAP-3000（V2.0D）保護(hù)，該線路保護(hù)在公司2007年投產(chǎn)后很長一段時間內(nèi)基本達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)，確保了10KV電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，但隨著寧鋼電力系統(tǒng)負(fù)荷的不斷增大，原有的繼電保護(hù)已不能夠與系統(tǒng)日益增長的短路容量相匹配，最終引發(fā)了一些越級跳閘的事故，給公司生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的影響。

事故一：2010年1月11日21：33 燒結(jié)區(qū)域變2#主變10KV低后備過流Ⅰ段動作，燒結(jié)2#主變二次開關(guān)112跳閘，Ⅱ段母線饋出開關(guān)均無跳閘，燒結(jié)Ⅱ段母線失電，引起大面積停電。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，此次事故由于下級變電所北侖料場開關(guān)站Ⅱ段變壓器6TM2高壓側(cè)有小貓竄入導(dǎo)致相間短路引起。

事故二：2015年7月15日16：55 煉鋼區(qū)域變1#主變低后備過流I段動作，煉鋼區(qū)域變1#主變二次開關(guān)611跳閘，甬鋼變220kV線路保護(hù)、母聯(lián)保護(hù)及1#主變保護(hù)啟動。Ⅰ段母線饋出開關(guān)均無跳閘，煉鋼區(qū)域變10kV I段母線失電。后經(jīng)檢查，此次事故由下級變電所中央水處理，3#送水泵電機(jī)接線盒內(nèi)凝露絕緣降低，發(fā)生三相弧光接地短路引起。

以上兩起事故均造成了大范圍的停電，對公司生產(chǎn)造成了影響，而因此專業(yè)技術(shù)人員對事故的類型和保護(hù)動作的情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)合相關(guān)專業(yè)人員的研究觀點(diǎn)，提出了解決措施和解決此類事故的思考方向。

首先，介紹一下DCAP-3000型微機(jī)保護(hù)的采樣結(jié)構(gòu)及幅值的簡要計算，目前市場上正在使用的主流產(chǎn)品采樣結(jié)構(gòu)基本與此相同：

交流輸入采樣途徑：一次測量使用大電流CT→DCAP-3000內(nèi)部小電流CT（隔離變換）→低通幅值濾波→A/D轉(zhuǎn)換（數(shù)字信號）→DSP（計算處理）。

低通濾波的概念：低通濾波（Low-pass filter） 是一種過濾方式，規(guī)則為低頻信號能正常通過，而超過設(shè)定臨界值的高頻信號則被阻隔、減弱。但是阻隔、減弱的幅度則會依據(jù)不同的頻率以及不同的濾波程序（目的）而改變。它有的時候也被叫做高頻去除過濾（high-cut filter）或者最高去除過濾（treble-cut filter）?？梢院唵蔚恼J(rèn)為：設(shè)定一個頻率點(diǎn)，當(dāng)信號頻率高于這個頻率時不能通過，因?yàn)樵谶@一處理過程中，讓低頻信號全部通過，所以稱為低通濾波。

由于微機(jī)保護(hù)裝置中這個低通濾波的設(shè)置，工作時就對故障狀態(tài)下的故障波形進(jìn)行了整理，使計算機(jī)系統(tǒng)更方便的計算和顯示。本身這個設(shè)計就使裝置的采樣波形有了一定程度的丟失，再加上每一個電流互感器都有一個飽和度，當(dāng)故障電流超過這個飽和度時，電流互感器就不能真實(shí)的反映故障電流的大小，從而無法驅(qū)動保護(hù)動作，切斷故障點(diǎn)，造成了本級保護(hù)未動作，越級跳閘事故擴(kuò)大。

事故二發(fā)生在2017年，相關(guān)的CT資料及保護(hù)配置如下：

3#供水泵速斷保護(hù)啟動但出口未動作切除故障，引起上級開關(guān)保護(hù)啟動。從電流波形分析，短路電流中大量的非周期分量（即強(qiáng)制直流分量）使3#供水泵高壓柜CT鐵芯飽和，二次側(cè)電流發(fā)生畸變使保護(hù)裝置的采樣CT也發(fā)生飽和，采樣波形嚴(yán)重失真，現(xiàn)有保護(hù)裝置采樣頻率低（每周波采樣12點(diǎn)），導(dǎo)致保護(hù)計算的基波有效值低于動作整定值，不能維持出口動作。

621受電柜過流I段及煉鋼區(qū)域變6107開關(guān)保護(hù)未啟動，導(dǎo)致煉鋼區(qū)域變611低后備過流I段動作越級跳閘。621和6107開關(guān)為同一級保護(hù)，其過流I段時限0.3s與主變611過流I段0.5s配合，過流II段時限0.5s與主變611過流II段1.1S配合。同樣，裝置在CT飽和情況下，采樣波形嚴(yán)重失真，基波電流有效值僅達(dá)到過流II段定值，未達(dá)到過流I段定值，故621開關(guān)經(jīng)0.5s延時與611過流I段同時動作跳閘，而6107的基波電流有效值未達(dá)到定值，故保護(hù)未啟動。

因此我們確定了改進(jìn)方向：

（1）鑒于電子產(chǎn)品的壽命一般為8年，逐步更換使用10年時間以上的綜保裝置，選用適應(yīng)于大電流接地系統(tǒng)的高性能微機(jī)保護(hù)裝置，選擇和目前最大短路容量下的電流相匹配的CT進(jìn)行采樣測量。

（2）對公司總降、區(qū)域變電所和用戶變配電所的繼電保護(hù)整定值和時間級差進(jìn)行疏理，在無法用電流大小來區(qū)分故障的情況下，用時間級差來確保繼保的選擇性合理。

（3）針對公司外部電網(wǎng)短路容量逐步增大、公司內(nèi)部發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)逐年增多的情況，梳理系統(tǒng)短路阻抗、短路電流，采取技術(shù)措施降低供配電系統(tǒng)故障時的短路電流，降低故障危害。

作者簡介

白宗正：男，1981年出生，2003年畢業(yè)于武漢大學(xué)水利電力學(xué)院電氣自動化專業(yè)，工程師職稱，從事高壓電網(wǎng)電力運(yùn)行管理工作。

王孝和：男，1985年出生，2008年畢業(yè)于紹興文理學(xué)院 自動化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師職稱，現(xiàn)從事高壓電網(wǎng)電力運(yùn)行工作。endprint