核电站BOP低压配电系统接地故障保护剖析

严浩东

【摘  要】本文以某核电站为例，探讨BOP系统中低压配电系统的接地故障保护的相关问题，并借助分析探讨，总结相应的接地故障处理与保护措施，结合相关的设计规范要求，突出低压配电设计当中的电气安全性相关考虑。希望可以借助本次研究为相关从业者提供理论帮助。

【关键词】核电站BOP;低压配电系统;接地故障;保护措施

0.引言

近些年有许多关于核电站的低压用电设备出现接地故障的现象，其主要表现为单相接地故障而导致的低压变压器零序保护越级动作。对于核电站BOP系统而言，如何做好低压配电系统的保护措施非常重要，这是提高核电站运行效益的关键。核电厂用电系统的可靠性属于保障核电站正常运行的基础，在核电厂分布中具备广泛性、庞大性的特征，在低压系统的故障同时，接地故障发生率较高。对此，接地故障的保护是否可以合理运行会直接决定整个低压系统的运行质量，而接地保护属于复杂程度较高的环节，所需要考虑的因素非常多，所以重视度也应当保持高水平。对此，探讨核电站BOP低压配电系统接地故障保护具备显著实践性价值。

1.典型核电站BOP低压配电系统接地故障

近些年出现了许多关于核电站BOP低压配电系统的接地故障，其中某核电站中的水泵电动机内部出现了接地故障，该设备型号为45KW，电源开关未做任何反应，变压器零序保护动作并引发跳闸。低压配电系统的配电盘出现断电[1];另一电站出现了电厂风机电动机的内部接地故障，此时低电压变压器的零序保护器在熔断器之前出现了熔断动作，低压厂当中的配电盘出现了断电。国内频频出现关于核电站的低压配电系统接地故障，而其中许多故障都是因为设备单相接地故障而导致的，用电设备保护元件并不会及时动作，从而导致变压器零序过电流保护性断开，促使整个低压配电盘出现失电问题，这一些跳闸现象直接证明了低压配电系统接地保护设计中存在一定的缺陷或不足。

通过分析，认为导致这一问题的原因主要是在于系统的中性点直接接地，变压器当中的中性点均设置了关于零序过电流保护，这也是促使变压器高压侧开关出现跳闸的主要原因。在低压配电系统设计期间，在电机额定功率不足55kw的同时，设置零序过电流保护。在电加热器的额定电流超过100A时，馈线回路会出现配置零序国电保护[2]。对于上述两个案例，第一个案例中因为故障回路的断路器瞬时脱扣器的整定电流超过了变压器的中性点零序过电流保护的相关额定电流，导致两个回路的接地故障保护无法实现有效的配合，此时便会导致越级跳闸问题的发生。另一案例当中回路配置了关于零序过电流保护，但是表面上和变压器中性点的零序过电流保护存在选择性的配合，导致风机馈线回路出现接地故障，此时解读故障的电流会超过2500A。

2.低压配电系统接地故障处理措施

2.1接地保护系统的优化设计

首先，断路器的设计。在短路保护电路属于断路器的情况下，被保护线路的末端短路电流应当是时少于断路器瞬时或者是短延时的电流脱扣器整体电流的1.4倍左右，在无法满足这一条件的基础上，需要应用零序过电流保护或者是提升电缆的面积实现短路电流的提高，但是需要注意，部分厂家的断路器脱扣器的单项动作值比较高，此时便需要根据断路器的实际单相动作值进行针对性验证，这也间接提高了对于短路电流值的要求。在变压器的中性点徐玲过电流保护选择性方面，因为馈线零序过电流保护的整定数值比较小，变压器的过电流保护和不配置电流保护馈线回路时可以满足相关的动作需求，断路器属于保护性元件，可以直接兼并接地保护的相关回路，在考虑到断路器瞬时脱扣器的误差问题以及零序保护的负值，此时变压器的零序过电流保护需要满足选择性要求[3]。配电线路在应用过电流保护作为接地保护并不是必须的，故障电流相对较小的情况下也不一定能够达到满足脱扣器动作值的需求。如果和变压器的中性点零序过电流保护采取选择性的配合，此时配置零序过电流保护的断路器馈线功率并不是哭到，中性点的零序过电流保护和断路器的配合应当保持对称性;其次，熔断器的设计。熔断器的设计应当满足基础的电压、频率以及环境方面的要求，其核心在于正确的选择溶体额定电流，故障条件之下必须在规范时间内实现故障回路的断开，用电设备在动作期间不出现熔断，故障期间可以选择性的切断靠近故障点的溶体进行熔断。熔断器本身应当带有最大故障电流的适应功能。

2.2故障的排查与处理

在低压配电系统接地故障点查询方面，通过介质损耗试验发现了低压配电系统接地故障，需要利用吊罩检查这种最直观的方法来检查。对于部分核电站BOP低压配电系统而言，设备当中的内芯是不可以和空气长时间接触的，必须把低压配电系统解开之后和夹片连接了之后，才可以进行一些检查。在具体工作中，可以从下面几点着手探讨接地故障：1、将穿芯螺杆对于低压配电系统的绝缘条件进行测量;2、把每个间隙之间和槽部进行检查，看看有没有遗落的螺帽和废料等金属物;3、把底部进行清洗，避免看不见的地方出现脏东西;4、字间隙之间利用高压油流或者氮气来进行冲洗。如果这四种方法还是不能把故障的原因找到，就需要用到直流法和交流法了。另外，对于部分低压配电系统而言，可以采用直流法实现故障部位的排查。在低压配电系统两边采用硅钢片，并通上6V的直流电，利用直流电压表来对每个级别的硅钢片的电压进行测量，如果说电压等于或者表针呈现的使负数，就说明测量的部位是故障点;交流法，在低压配电系统低压绕组当中接入交流电，低压配电系统在这种情况下会磁通，用交流豪表来测量，如果接地出现了故障，交流豪表就会出现电流，如果指针指向的使零，那么这就是故障的地方。低压配电系统接地故障处理方面，在验证出具体故障点之后，可以把低压交流冲击法进行配合。把一套电焊机拉出来，把比较低的一端街上低压配电系统的引出线上，另外一端连接在接地线上，通过缓慢升壓，来进行电流的观察，这种观察适合10S一次，如果没有这些条件。可以将临时的措施用起来，使低压配电系统不会受到影响而停止工作，这种方法的采用只是用来应急的，需要把故障的原因找到进行排除。这个时候需要把低压配电系统的实际接地电流的大小得知，然后进行串电阻的容值大小的选定。在将电阻串入其中后，需要把接地电流控制一下，不要超过100毫安，这样可以让电阻在运行的时候不会受到损坏，释放出高压，低压配电系统发热也可以控制住。

3.总结

综上所述，低压配电系统是否接地对于低压配电系统绕组介质损耗因素以及电容量测量结果有着很明显的影响。低压配电系统没有接地，低压配电系统附近的低压绕组对于高中压绕组及地的电容量就会减少，介质损耗的因素就会加大;而其他的两种，对于测量结果的变化就会非常的效。在进行低压配电系统绕组介质损耗因素以及电容量测试的时候，当发现了检测的数据和标准数值不符合的时候，需要进行分析，是什么原因导致的，不要出现判断的失误。如果绕组介质损耗因素以及电容量数据不争取的时候，可以把等效电容这种方法引入到测量当中，需要的时候可以把分解测试也利用进来。

参考文献：

[1]李烨.核电厂非1E级低压负荷中心接地故障保护可靠性问题分析[J].发电设备，2018，21（5）：328-330.

[2]谢顺.高层建筑电气设计中低压配电系统安全分析[J].通讯世界，2017，31（13）：211-212.

[3]史纯江.分析高层建筑电气设计中低压配电系统安全性[J].建材发展导向（上），2017，15（12）：244-245.

（作者单位：福建福清核电有限公司）