电厂380 V低压配电系统工作段失电原因分析及处理措施

佟 辉,潘忆南

(大庆油田电力集团宏伟热电厂,黑龙江 大庆 163411)

电厂380 V低压配电系统工作段失电原因分析及处理措施

佟 辉,潘忆南

(大庆油田电力集团宏伟热电厂,黑龙江 大庆 163411)

为了避免宏伟热电厂过零序电流保护与出线回路的保护配合出现失误故障,根据低压配电系统的运行特点,分析了宏伟热电厂380 V低压配电系统工作段失电故障原因,指出了厂用变保护与出线回路断路器保护之间存在的诸多问题,即出线回路断路器机械过流保护不完善、电参量测试及测量精度精度差、断路器机械过流定值整定局限性等问题造成上下级保护很难匹配,提出了用微机型保护装置取代断路器机械过流保护等处理措施,合理整定厂用变、备用变和出线回路保护在动作值和时限上的匹配关系,保证了380 V低压配电系统稳定运行。

单相接地;整定;可靠性;灵敏性

目前,在发电厂低压配电系统故障中,单相接地短路是最常见的一种故障。低压系统对单相接地故障的保护方式主要是变压器低压侧中性线上接零序电流保护装置,按躲过正常启动、运行时中性线上流过的最大不平衡电流来整定,按规程该电流一般取额定电流的25%[1-4]。宏伟热电厂曾发生过零序电流保护与出线回路的保护配合失误故障,使得停电范围扩大,严重影响电力系统安全稳定运行。为了保证宏伟热电厂,低压厂用系统发生短路故障时保护装置正确动作,本文分析了低压配电系统因单相接地故障引起的工作段失电原因,指出了380 V低压配电系统在设计上存在的无单相接地保护功能、电参量测试及测量精度无法确定、定值整定局限性等诸多问题,提出了相应的处理措施,保证了低压厂用电系统的用电安全。

1 低压厂用系统短路故障情况

2014年10月26日16时35分,宏伟热电厂3号发电机2号凝结水泵内部发生单相接地故障,5号厂用变低压侧零序保护动作,低压侧52开关跳闸,备用分支53开关联动成功后,3号机2号凝结水泵开关机械过流保护动作开关跳闸,同时 3号备用变B02开关机械过流保护动作开关跳闸,造成低压配电系统工作五段失电。具体一次接线如图1所示。

图1 3号机2号凝结水泵馈线接线图

2 380V低压配电系统工作段失电故障原因分析

通过对宏伟热电厂低压配电系统回路开关设备进行检测和试验,各项电气设备功能均正常,因此,可以排除开关拒动的可能性。随后又对回路开关设备的整定值进行了校核。

2.1 回路开关设备定值整定

2.1.1 3号发电机2号凝结水泵断路器机械过流整定

3号发电机2号凝结水泵容量为132 kW,额定电流为251 A。其断路器为Masterpact MW/630A施耐德框架抽屉式断路器,配有机械过流保护功能,其整定值设定如下:

长延时动作电流整定系数(K0)取0.95;长延时动作时间整定值Tr取8 s;短延时动作电流整定系数(Km)取5;短延时动作时间整定值Tr取0.1 s,此值为最小时间整定值;断路器额定电流In为630 A。

长延时动作电流值为:

Ir=K0×In=0.95×630=598.5 A

短延时动作电流值为:

Isd=Km×Ir=5×598.5=2992.5 A

2.1.2 备用分支53断路器机械过流整定值

备用分支53断路器为Masterpact MT25H1/1250 A施耐德框架抽屉式断路器,配有机械过流保护功能,其整定值设定如下:

长延时动作电流整定系数(K0)取0.98;长延时动作时间整定值Tr取0.5 s;短延时动作电流整定系数(Km)取2.0;短延时动作时间整定值Tr取0.2 s;断路器额定电流In为1250 A。

长延时动作电流值为:

Ir=K0×In=0.98×1250=1225 A

短延时动作电流值为:

Isd=Km×Ir=2×1225=2450 A

2.1.3 3号备用变B02断路器机械过流整定值

3号备用变B02断路器为Masterpact MT25H1/1250 A施耐德框架抽屉式断路器,配有机械过流保护功能,其整定值设定如下:

长延时动作电流整定系数(K0)取0.98;长延时动作时间整定值Tr取0.5 s;短延时动作电流整定系数(Km)取2.5;短延时动作时间整定值Tr取0.2 s;断路器额定电流In为1250 A。

长延时动作电流值为:

Ir=K0×In=0.98×1250=1225 A

短延时动作电流值为:

Isd=Km×Ir=2.5×1225=3062.5 A

2.1.4 5号厂用变保护整定值

5号厂用变低压侧零序保护整定值为Idz=1.4 A,τ=12。低压侧中性点反时限零序过流保护启动电流一次值为700 A,低压侧中性点反时限零序过流保护反时限公式:

根据试验数据(表1)绘制动作时限特性曲线,如图2所示。

2.2 低压配电系统工作段失电故障原因

根据5号厂用变综合保护装置记录的低压侧中性点反时限零序保护电流动作值可知,3号发电机2号凝结水泵单相接地短路电流为4620 A,达到3号发电机2号凝结水泵断路器短延时动作电流值,另外此次单相接地故障也达到5号厂用变低压侧零序过流启动值,此次短路电流达到额定电流倍数为:

N=Idl/In=4620/700=6.6

图2 反时限零序过流动作时限特性曲线图

理论上此次故障应该只有3号发电机2号凝结水泵开关跳闸,380 V 五段其余开关不受影响。虽然3号发电机2号凝结水泵断路器机械过流整定为0.1 s,5号厂用变低压侧零序保护动作时限约为0.2 s,但3号发电机2号凝结水泵断路器机械过流反时限保护特性较差,故障发生时3号机2号凝结水泵机械保护慢于5号厂用变微机保护动作,5号厂用变低压侧开关跳闸,备用分支53开关联动成功。当备用分支53开关联动成功后,再一次地冲击故障点,导致单相接地短路产生的弧光瞬间转变成相间短路,均达到2号凝结水泵开关、备用分支53开关以及3号备用变B02开关的机械过流设定值。根据现场实际动作情况,3号备用变B02机械过流保护动作,开关跳闸;3号机2号凝结水泵机械过流保护动作,开关跳闸,造成380 V工作五段失电,扩大事故,实际保护动作顺序如图3所示,各开关保护动作流程图如图4所示。

图3 保护及开关动作示意图

图4 继电保护动作流程图

3 380 V低压配电系统原设计存在的问题

根据上述分析,宏伟热电厂此次低压配电系统工作五段失电,在设计上主要存在以下问题。

3.1 380 V低压配电系统出线回路无单相接地保护设计

380 V低压配电系统中变压器低压侧单相接地短路有多种保护方式,但设计时往往为了简化二次回路和减少初投资,通常用变压器低压侧零序保护兼作380 V低压配电系统单相接地短路保护。按《火力发电厂厂用电设计技术规定》的要求,低压厂用变压器的单相接地保护可按以下方面进行配置:

对于低压侧中性点直接接地的变压器,当低压侧发生单相接地短路故障时,可由反时限电流继电器组成中性线上的零序过电流保护或采用两相三继电器接线,使高压侧的过电流保护兼作低压侧的单相短路保护。而宏伟热电厂设计采用低压侧反时限零序过电流保护,高压侧过电流保护作为低压侧后备保护[5-6]。出线回路没有配备专门的单相接地保护,只是简单的机械过流保护,断路器机械过流保护整定时按躲过电动机的最大启动电流为依据设定的。,而通过实际反复试验得知,大多数电动机一般最大启动电流为电机额定电流的6～8倍左右,再考虑机械过流的定值误差值,这种仅有机械过流保护功能的断路器在面对单相接地故障时容易引起断路器拒动,因此在380 V低压配电系统发生单相接地故障时,出线回路断路器机械过流保护不能保证可靠动作。

3.2 380 V低压配电系统出线回路断路器机械过流电参量测试及测量精度不确定度

由此次380 V工作五段失电可知,2号凝结水泵开关虽然按照标准规定进行整定,但于断路器机械过流电参量无法进行实际测试,断路器精度存在很大不确定性。因此,断路器机械过流保护与上级保护很难配合,且保护灵敏度和选择性也难以兼顾。

3.3 380 V低压配电系统出线回路断路器机械过流定值整定局限性

断路器机械过流无论是长延时过流Ir还是短延时过流Isd均是按额定电流In的倍数进行整定。对于53开关或B02开关额定电流In为1250 A的断路器来说,电流定值如果按断路器给定的倍数整定,上下级电流整定值差距就会很大,极容易引起断路器拒动作;如果不按断路器给定倍数整定,具体的动作值就无法确定,只能进行估算,容易引起断路器误动作,因此,实际整定时在保护灵敏度和选择性两方面无法合理地统筹兼顾。

在动作时限上,断路器机械过流时间精度差,负荷断路器与厂用变低压侧断路器、负荷断路器与备用分支、备用变断路器无法严格按上下级阶梯原则整定,所以故障时无法有选择性地切除断路器。

4 380 V低压配电系统工作段失电处理措施

针对宏伟热电厂现有低压配电系统出线回路断路器机械过流保护存在的诸多问题,建议出线回路保护采用微机型保护装置取代断路器机械过流保护。微机型保护装置具有以下功能特点:

1) 具有接地保护功能,可保护各相对电动机金属外壳的短路保护,对非直接接地故障同样能够可靠动作。

2) 具有堵转保护功能,当电机在运行中负荷过大或自身机械原因造成电机轴被卡住(抱闸)时,该保护在允许时间内迅速跳闸,避免烧毁电机。

3) 具有短路保护功能,对电动机相间及电动机绕组匝间的短路保护,可避免电机烧毁。

4) 整定定值精度高,电压及电流定值误差:<±5%整定值,时间定值误差:<±1%整定时间或±35ms。

5) 具有强大的硬件平台,计算速度快,可靠性高。

在出线回路上加装微机型保护装置后,将厂用变低压侧反时限零序过流保护调整为定时限,再按继电保护整定原则,合理整定厂用变、备用变和出线回路保护在动作值和时限上的匹配关系,以满足保护装置灵敏性、可靠性和选择性的要求。

5 结 语

根据宏伟热电厂380 V低压配电系统工作五段失电的动作情况,本文分析了宏伟热电厂380 V低压配电系统短路故障原因,指出了380 V低压配电系统出线回路断路器机械过流保护存在无单相接地保护功能、电参量测试及测量精度无法确定、定值整定局限性等诸多问题,提出采用微机型保护装置取代断路器机械过流保护,这样可以更好地与上级保护精准配合,对用电线路“无死角”保护,能够大幅度提高380 V低压配电系统运行可靠性。

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(责任编辑 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 辉(1967—),男,高级工程师,从事电力系统及其自动化研究工作。

TM621.7

B

2095-6843(2016)06-0497-04