一次6kV厂用电系统接地的故障分析及整定计算

余 芳 王文志

（深圳广前电力有限公司，广东 深圳 518051）

发电厂6kV厂用系统一般都采用变压器中性点经电阻接地的形式，以降低6kV系统出现单相接地时的接地电流[1]。某电厂6kV高压厂用系统为变压器中性点经 728Ω的电阻接地系统，厂用电正常由高厂变供电，#3台机组共用一台启备变作为备用电源，工作电源和备用电源经快切装置自动切换。高压厂用电一次系统如图1所示。

图1 #1机厂用6kV一次接线图

1 故障经过及原因分析

在一次启备变检修停电过程中，#1机6kV发接地报警，零序电压为47.3V，同时启备变低压侧零序保护动作于发信，动作二次电流0.53A。一次检查未发现接地点，二次检查发现启备变低压侧零序CT变比整定计算为10/1，实际为5/1，因此将启备变低压侧零序保护动作二次定值由0.28A修改为0.56A，对应一次电流为2.8A。

启备变检修完成后，将低压侧开关061送至工作位后，#1机6kV再次发接地报警，零序电压为50.1V，启备变低压侧零序保护不动作。低压侧开关061拉至检修位，接地报警消失。

根据以上操作情况和录波图可判断为启备变低压侧开关061故障，检查发现#1机6kV备用电源进线开关B相真空包有发热现象，真空绝缘已破坏。真空包绝缘破坏应发生在启备变停电前，由于启备变在热备用中，备用电源进线开关两侧电位差接近零，故缺陷未暴露，当启备变高压侧开关断开后，061开关母线侧电压为6kV，备用进线侧为零，两侧产生电位差，导致B相真空包被击穿，B相经728欧的电阻接地。接地电流回路如图2所示。

图2 接地故障电流回路

送电时启备变零序未正确动作，下面重点分析和计算启备变零序电流。

在分析和计算启备变零序电流之前，先介绍6kV零序电流的整定情况，变压器中性点经728欧高阻接地，故在6kV直接接地时，接地阻性电流不大于5 A，容性电流根据设计说明不大于3 A，因此将6kV低压变和6kV电机的零序电流整定为2.4 A，延时1s报警。高厂变和启备变零序电流定值与之配合，整定为2.8 A，1.5s，报警[2]。

2 仿真计算

2.1 忽略容性电流

在由于B相接地导致中性电压偏移，所以接地电流由阻性和容性电流合成。

阻性电流：

容性电流：由于当时发电机在停机状态，6kV母线负载较少，根据设计资料可估算出此运行方式和负载条件下，单相直接接地的容性电流约为1A，而经高阻接地容性电流还将小于单相直接接地的容性电流，所以先忽略容性电流作定性分析。

在以上简化后的等效电路图，如图3所示。

图3 不考虑容抗时的等效电路

根据等效电路图，可得6kV母线电压矢量如图4所示。

图4 不考虑容抗时6kV母线电压矢量关系

根据矢量图计算，此时 6kV母线零序电压为1.5U，当时6kV母线线电压为6.4kV，由此得二次零序电压为 53.3V，启备变零序电流为 2.53A，Uab夹角为139.25。

2.2 考虑当时负荷时的容性电流

停机状态下，6kV的几台泵在备用状态，主要负载仅为几台厂变，由于中性点的偏移，产生一定容性电流，考虑当时6kV的负载容性阻抗影响后，等效电路如图5所示。

图5 考虑故障时负载容抗时的等效电路

采用Multisim软件仿真，仿真图及计算结果如图6所示。

图6 考虑故障时负载容抗时的等效电路仿真计算

计算得二次零序电压为51.87V，启备变零序电流为2.6A，Uac夹角为82.6度。实际零序电压保护动作值50.1 V，录波显示Uac夹角为83.78度。实际与理论计算值非常接近。

2.3 考虑正常开机时负荷的容性电流

如果正常运行时，在第二种情况已有负荷的基础上，再考虑一台给水泵、一台凝结水泵各和两台循泵运行。

根据设计资料，对地电容比第二种情况大约增大一倍。仿真图及计算结果如图7所示。

图7 考虑正常开机时负荷的容性电流等效电路仿真计算

计算得二次零序电压为49.07V。Uac夹角为83.48度。启备变零序电流为2.875A。

2.4 故障电流特征

从以上分析，对于此次故障情况，可以得出以下结论：

（1）原有启备变零序电流整定值无法正确动作。

（2）启备变和高厂变的零序故障电流与6kV负载电容值有关，6kV负载电容值越大，启备变零序故障电流越大，而高厂变的零序故障电流越小。

（3）启备变零序故障电流，6kV空载下为2.53A，机组正常运行时为2.875A。

3 处理对策

（1）如果不改变整定定值，在此故障情况下，厂用6kV母线零序保护能够动作，但无分支零序电流报警，不便于查找故障。

（2）如果将启备变零序电流整定值改小，在正常方式运行时无问题，但是在厂高变检修，启备变带厂用电时，出现电源零序电流比无分支零序电流定值小，电源与负载分支零序电流保护失配，此问题可以通过临时修改定值来解决。

（3）同时考虑修改电源和分支零序电流定值，可将原定值缩小一倍，分支线（即负荷开关）单相接地零序过流保护定值为：一次动作值为2.4A，改为1.2 A，考虑上下级配合，电源（含厂高变和启备变）零序过流保护定值由2.8A，改为1.4A，修改后在无厂用电源切换后的保护失配问题。提高保护灵敏度后，要考虑误动的问题，从收集的数据上看，三大泵和厂用变压器正常运行时的零序过流一次值最大不超过0.25 A，实测启动时零序电流不大于0.6A，因此可以考虑按此整定。

4 结论

启备变和高厂变分支零序保护属于发变组保护和高厂厂用电保护的交叉范围，在整定计算和现场维护中容易忽视，因此有必要加强重视。备变高厂变分支零序过流保护在整定计算时不仅需要按照相关《规程》和《标准》规定的方法进行整定计算，而且需要结合现场实际情况和一次接线方式进行深入研究（诸如分支开关击穿后的特殊情况），因此继电保护人员不仅要熟悉二次设备和整定计算，更需要了解一次设备和系统运行方式，以提高分支零序保护的正确动作率[3]。

根据本文修改定值后，能够确保保护正确动作，在该厂三台400MW燃气联合循环机组中得到了应用和推广，运行情况良好，经验值得推广。

[1] 张树权,张小宁.一起 6kV零序保护动作原因分析,华北电力技术,2011(3)：46-49.

[2] 深圳前湾燃机电厂启备变及厂用电保护整定计算报告.

[3] 张柳,解奎元,王丽,大型火电厂变压器分支零序保护误动案例分析,电力系统保护与控制,2010,38(23)： 223-226.