某核電站380V配電盤越級(jí)跳盤故障分析與研究

趙波 施俊峰 尚新建 李海波 黃歡

摘要：介紹了國(guó)內(nèi)某核電站380V越級(jí)跳盤事件，通過(guò)短路電流計(jì)算和保護(hù)定值分析確定了越級(jí)跳盤的根本原因?yàn)槎搪繁Ｗo(hù)設(shè)置不合理。提出了低壓配電盤接地保護(hù)的配置原則。

關(guān)鍵詞：380V配電盤越級(jí)跳盤短路計(jì)算保護(hù)配置

THE analysis AND Research of override trip of 380V switchboard at a domestic nuclear power plant

Abstract：Introducedaoverride trip of 380V switchboard at a domestic nuclear power plant，through the calculation of short-circuit current and the analysis of protection setting value to determine the root cause of override trip is short-circuit protection setting is not reasonable.

Key words：380V switchboard override tripcalculation of short-circuit currentprotection setting

1、引言

2014年年末我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量136019萬(wàn)千瓦，其中火電裝機(jī)容量占67.3%，一次能源消耗較大，急需增加清潔能源電力的生產(chǎn)總量來(lái)緩解火電帶來(lái)的環(huán)境壓力。核電作為一種清潔能源正在我國(guó)沿海建設(shè)并有二十幾臺(tái)機(jī)組已經(jīng)投入運(yùn)行。核電站常見的配電設(shè)施為380V低壓配電盤，主要給閥門電裝、電機(jī)、加熱器供電，是重要的核安全輔助系統(tǒng)。本文簡(jiǎn)述了該核電站一起380V配電盤越級(jí)跳盤事件經(jīng)過(guò)及其處理過(guò)程;通過(guò)理論計(jì)算確定了故障點(diǎn)的單相短路電流;分析了故障發(fā)生的根本原因?yàn)楸Ｗo(hù)配置不合理;提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施并給出了保護(hù)配置的原則。

2、事件經(jīng)過(guò)及處理過(guò)程

2014年10月29日，該核電站主控出現(xiàn)113KA報(bào)警（配電盤后備接地故障），現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)為整個(gè)380V配電盤失電，且上游6.6KV供電開關(guān)跳閘，同時(shí)就地851XZ（母線后備接地保護(hù)繼電器）動(dòng)作燈亮。

2014年10月29日發(fā)生1LKT配電盤失電后，專業(yè)提票，在確定有效隔離后對(duì)配電盤進(jìn)行了如下檢查：

a）用500V兆歐表對(duì)母線進(jìn)行絕緣測(cè)量，A相：200M，B相：550M，C相：550M。

b）用兆歐表對(duì)該配電盤的101、102、103、104、201、208、301、302、403間隔進(jìn)行絕緣測(cè)量，101：700M，102：2G，103：1G，104：1.5G，201：800M，208：3.3G，301：2.7G，302：600M，403：0M。

c）對(duì)零序電流繼電器850XI進(jìn)行了校驗(yàn)：電流動(dòng)作值0.74A，電流返回值0.71A，1倍動(dòng)作值動(dòng)作時(shí)間0.067S<0.1S，5倍動(dòng)作值動(dòng)作時(shí)間0.019S<0.05S，結(jié)果正常。

d）對(duì)信號(hào)繼電器851XZ進(jìn)行了校驗(yàn)：動(dòng)作電壓期望值≤87.5V，實(shí)際值63.5V，復(fù)歸電壓期望值≤87.5V，實(shí)際值49.4V，繼電器接點(diǎn)接觸電阻0.03歐<2歐，線圈對(duì)地絕緣電阻500M>5 M，效驗(yàn)結(jié)果正常。

經(jīng)過(guò)以上檢查，初步確定為403抽屜間隔出現(xiàn)故障，隔離403間隔后重新投運(yùn)，系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3、故障原因分析

3.1 配電盤保護(hù)配置及保護(hù)動(dòng)作機(jī)理

403間隔回路保護(hù)配置如下圖1所示。從圖1可看出，該供電回路采用斷路器+接觸器（配熱偶）組合方式，其中熱偶用作過(guò)負(fù)荷保護(hù)，斷路器用作過(guò)流保護(hù)，當(dāng)產(chǎn)生短路故障時(shí)，斷路器動(dòng)作，對(duì)該回路進(jìn)行保護(hù)。

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圖1 403回路保護(hù)配置

403回路斷路器過(guò)流保護(hù)定值如下表1所示，動(dòng)作值為616A。

該配電盤接地保護(hù)定值如圖2所示，經(jīng)過(guò)變比換算后動(dòng)作值為365A。

當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)：

a）故障電流Id≥616A，低壓斷路器瞬時(shí)脫扣，不會(huì)發(fā)生越級(jí)跳閘;

b）故障電流Id ≥365A<616A，低壓斷路器不能脫扣，零序繼電器動(dòng)作，跳上游1LGD502開關(guān)，會(huì)發(fā)生越級(jí)跳閘;

c）故障電流Id <365A，不會(huì)發(fā)生越級(jí)跳閘。

3.2 403回路短路電流計(jì)算

短路故障在系統(tǒng)中任何時(shí)刻、任何位置均可能發(fā)生，雖不能逐點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，但可選擇一些代表性的點(diǎn)來(lái)計(jì)算[1]。下面將選取403下游負(fù)荷泵處作為短路點(diǎn)來(lái)計(jì)算短路電流[2]。

3.2.1 元器件參數(shù)信息

電纜型號(hào)為：WDZ-YJY-3x10mm?，長(zhǎng)度約為：85米。

變壓器額定容量：800KVA，阻抗電壓6%，損耗6.6KW，D/yn11， 6.6KV/0.4KV。

3.2.2元件阻抗計(jì)算

（1）高壓側(cè)短路容量Ss

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（2）高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗計(jì)算Zs、Rs、Xs

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（3）高壓側(cè)系統(tǒng)相保電抗計(jì)算Xphp·s、電阻Rphp·s

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（4）變壓器阻抗計(jì)算RT、XT

經(jīng)查詢，變壓器阻抗值如下。

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（5）變壓器相保阻抗計(jì)算Rphp·T、Xphp·T

經(jīng)查詢，變壓器相保阻抗值如下。

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（6）線路阻抗計(jì)算RL、XL

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（7）線路阻抗計(jì)算RL、XL

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3.2.3短路電流計(jì)算

（1）三相短路電流計(jì)算

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其中

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（2）單相接地短路電流計(jì)算

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其中

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3.3 配電盤越級(jí)跳閘根本原因分析

故障處理過(guò)程中已對(duì)零序繼電器及信號(hào)繼電器進(jìn)行了校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果均正常，說(shuō)明零序繼電器及信號(hào)繼電器沒(méi)有誤動(dòng)且發(fā)生的短路電流超過(guò)了定值即365A，1LKT403回路斷路器沒(méi)有動(dòng)作說(shuō)明短路電流小于616A。上一節(jié)2.3中計(jì)算可知在泵發(fā)生單相短路時(shí)電流值為489A，因此導(dǎo)致1LKT跳盤直接原因?yàn)閱蜗喽搪穼?dǎo)致。

《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50054-2011要求，配電線路裝設(shè)的上下級(jí)保護(hù)電器，其動(dòng)作特性應(yīng)具有選擇性，且各級(jí)之間應(yīng)能協(xié)調(diào)配合;當(dāng)短路保護(hù)電器為斷路器時(shí)，被保護(hù)線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時(shí)或短延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流的1.3倍[3]。

由上一節(jié)2.3中短路電流可以計(jì)算出保護(hù)靈敏度為

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以上分析可知，配電盤越級(jí)跳閘根本原因?yàn)槎搪繁Ｗo(hù)設(shè)置不合理導(dǎo)致上下級(jí)保護(hù)失去選擇性。

4 措施

為了保證上下級(jí)保護(hù)的選擇性和保護(hù)靈敏度，可以從以下兩個(gè)方面來(lái)解決。

（1）提高保護(hù)靈敏度。從2.3章節(jié)中可知，單相短路電流的大小主要取決于線路的阻抗，減小線路阻抗就可以提高短路電流大小。要減小線路阻抗可以通過(guò)使用大截面的電纜實(shí)現(xiàn)。另外降低短路保護(hù)定值同樣可以提高靈敏度。當(dāng)前1LKT403間隔定值為616A，即14IN。通常為躲避電機(jī)啟動(dòng)電流，保護(hù)定值通常設(shè)置為8～14 IN，根據(jù)電機(jī)實(shí)際啟動(dòng)電流確定。經(jīng)核實(shí)1LKT配電盤所有電機(jī)類負(fù)荷的保護(hù)定值均按照14 IN確定，未考慮電機(jī)的實(shí)際啟動(dòng)電流。若將1LKT403間隔電纜換成截面積為16mm2，保護(hù)定值設(shè)定為504A（斷路器設(shè)定的最小值），靈敏度為1.544，滿足規(guī)范的要求。

（2）設(shè)置接地或漏電保護(hù)。通過(guò)設(shè)置接地或漏電保護(hù)，定值設(shè)置時(shí)考慮和整個(gè)盤的接地保護(hù)上下級(jí)的配合，使1LKT403回路發(fā)生單相短路時(shí)，此回路優(yōu)先斷開，避免整個(gè)盤的接地保護(hù)動(dòng)作而使整個(gè)盤跳閘。

5 低壓配電盤接地保護(hù)的配置原則

通過(guò)403間隔問(wèn)題的分析，可以得出低壓配電盤接地保護(hù)配置原則如下：

1、當(dāng)斷路器本身的過(guò)電流保護(hù)能滿足接地短路保護(hù)靈敏度要求時(shí)，利用斷路器本身的過(guò)電流保護(hù)兼作接地故障保護(hù)，此時(shí)，接地保護(hù)靈敏度應(yīng)滿足GB 50054-1995《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.3條要求。

2、當(dāng)斷路器本身的過(guò)電流保護(hù)不能滿足接地短路保護(hù)靈敏度要求時(shí)，應(yīng)設(shè)接地保護(hù)。

6 結(jié)論

本文簡(jiǎn)述了某核電站一起380V配電盤越級(jí)跳盤事件的經(jīng)過(guò)及處理過(guò)程，通過(guò)短路電流計(jì)算和保護(hù)定值分析確定了越級(jí)跳盤的根本原因?yàn)槎搪繁Ｗo(hù)設(shè)置不合理。通過(guò)對(duì)這一問(wèn)題的分析，提出了低壓配電盤接地保護(hù)的配置原則，對(duì)低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選型、定值設(shè)定具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]周建強(qiáng).低壓網(wǎng)絡(luò)短路電流在工程實(shí)例中的計(jì)算、分析及應(yīng)用[J].建筑電氣，2013（6）：72-79.

[2]任元會(huì). 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005：162-172.

[3]GB 50054-1995，低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].