某核电站380V配电盘越级跳盘故障分析与研究

赵波 施俊峰 尚新建 李海波 黄欢

摘要：介绍了国内某核电站380V越级跳盘事件，通过短路电流计算和保护定值分析确定了越级跳盘的根本原因为短路保护设置不合理。提出了低压配电盘接地保护的配置原则。

关键词：380V配电盘越级跳盘短路计算保护配置

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年年末我国发电装机容量136019万千瓦，其中火电装机容量占67.3%，一次能源消耗较大，急需增加清洁能源电力的生产总量来缓解火电带来的环境压力。核电作为一种清洁能源正在我国沿海建设并有二十几台机组已经投入运行。核电站常见的配电设施为380V低压配电盘，主要给阀门电装、电机、加热器供电，是重要的核安全辅助系统。本文简述了该核电站一起380V配电盘越级跳盘事件经过及其处理过程;通过理论计算确定了故障点的单相短路电流;分析了故障发生的根本原因为保护配置不合理;提出了相应的改进措施并给出了保护配置的原则。

2、事件经过及处理过程

2014年10月29日，该核电站主控出现113KA报警（配电盘后备接地故障），现场检查发现为整个380V配电盘失电，且上游6.6KV供电开关跳闸，同时就地851XZ（母线后备接地保护继电器）动作灯亮。

2014年10月29日发生1LKT配电盘失电后，专业提票，在确定有效隔离后对配电盘进行了如下检查：

a）用500V兆欧表对母线进行绝缘测量，A相：200M，B相：550M，C相：550M。

b）用兆欧表对该配电盘的101、102、103、104、201、208、301、302、403间隔进行绝缘测量，101：700M，102：2G，103：1G，104：1.5G，201：800M，208：3.3G，301：2.7G，302：600M，403：0M。

c）对零序电流继电器850XI进行了校验：电流动作值0.74A，电流返回值0.71A，1倍动作值动作时间0.067S<0.1S，5倍动作值动作时间0.019S<0.05S，结果正常。

d）对信号继电器851XZ进行了校验：动作电压期望值≤87.5V，实际值63.5V，复归电压期望值≤87.5V，实际值49.4V，继电器接点接触电阻0.03欧<2欧，线圈对地绝缘电阻500M>5 M，效验结果正常。

经过以上检查，初步确定为403抽屉间隔出现故障，隔离403间隔后重新投运，系统正常运行。

3、故障原因分析

3.1 配电盘保护配置及保护动作机理

403间隔回路保护配置如下图1所示。从图1可看出，该供电回路采用断路器+接触器（配热偶）组合方式，其中热偶用作过负荷保护，断路器用作过流保护，当产生短路故障时，断路器动作，对该回路进行保护。

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图1 403回路保护配置

403回路断路器过流保护定值如下表1所示，动作值为616A。

该配电盘接地保护定值如图2所示，经过变比换算后动作值为365A。

当发生短路故障时：

a）故障电流Id≥616A，低压断路器瞬时脱扣，不会发生越级跳闸;

b）故障电流Id ≥365A<616A，低压断路器不能脱扣，零序继电器动作，跳上游1LGD502开关，会发生越级跳闸;

c）故障电流Id <365A，不会发生越级跳闸。

3.2 403回路短路电流计算

短路故障在系统中任何时刻、任何位置均可能发生，虽不能逐点对其进行计算，但可选择一些代表性的点来计算[1]。下面将选取403下游负荷泵处作为短路点来计算短路电流[2]。

3.2.1 元器件参数信息

电缆型号为：WDZ-YJY-3x10mm?，长度约为：85米。

变压器额定容量：800KVA，阻抗电压6%，损耗6.6KW，D/yn11， 6.6KV/0.4KV。

3.2.2元件阻抗计算

（1）高压侧短路容量Ss

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（2）高压侧系统阻抗计算Zs、Rs、Xs

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（3）高压侧系统相保电抗计算Xphp·s、电阻Rphp·s

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（4）变压器阻抗计算RT、XT

经查询，变压器阻抗值如下。

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（5）变压器相保阻抗计算Rphp·T、Xphp·T

经查询，变压器相保阻抗值如下。

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（6）线路阻抗计算RL、XL

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（7）线路阻抗计算RL、XL

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3.2.3短路电流计算

（1）三相短路电流计算

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其中

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（2）单相接地短路电流计算

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其中

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3.3 配电盘越级跳闸根本原因分析

故障处理过程中已对零序继电器及信号继电器进行了校验，校验结果均正常，说明零序继电器及信号继电器没有误动且发生的短路电流超过了定值即365A，1LKT403回路断路器没有动作说明短路电流小于616A。上一节2.3中计算可知在泵发生单相短路时电流值为489A，因此导致1LKT跳盘直接原因为单相短路导致。

《低压配电设计规范》GB 50054-2011要求，配电线路装设的上下级保护电器，其动作特性应具有选择性，且各级之间应能协调配合;当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍[3]。

由上一节2.3中短路电流可以计算出保护灵敏度为

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以上分析可知，配电盘越级跳闸根本原因为短路保护设置不合理导致上下级保护失去选择性。

4 措施

为了保证上下级保护的选择性和保护灵敏度，可以从以下两个方面来解决。

（1）提高保护灵敏度。从2.3章节中可知，单相短路电流的大小主要取决于线路的阻抗，减小线路阻抗就可以提高短路电流大小。要减小线路阻抗可以通过使用大截面的电缆实现。另外降低短路保护定值同样可以提高灵敏度。当前1LKT403间隔定值为616A，即14IN。通常为躲避电机启动电流，保护定值通常设置为8～14 IN，根据电机实际启动电流确定。经核实1LKT配电盘所有电机类负荷的保护定值均按照14 IN确定，未考虑电机的实际启动电流。若将1LKT403间隔电缆换成截面积为16mm2，保护定值设定为504A（断路器设定的最小值），灵敏度为1.544，满足规范的要求。

（2）设置接地或漏电保护。通过设置接地或漏电保护，定值设置时考虑和整个盘的接地保护上下级的配合，使1LKT403回路发生单相短路时，此回路优先断开，避免整个盘的接地保护动作而使整个盘跳闸。

5 低压配电盘接地保护的配置原则

通过403间隔问题的分析，可以得出低压配电盘接地保护配置原则如下：

1、当断路器本身的过电流保护能满足接地短路保护灵敏度要求时，利用断路器本身的过电流保护兼作接地故障保护，此时，接地保护灵敏度应满足GB 50054-1995《低压配电设计规范》第4.2.3条要求。

2、当断路器本身的过电流保护不能满足接地短路保护灵敏度要求时，应设接地保护。

6 结论

本文简述了某核电站一起380V配电盘越级跳盘事件的经过及处理过程，通过短路电流计算和保护定值分析确定了越级跳盘的根本原因为短路保护设置不合理。通过对这一问题的分析，提出了低压配电盘接地保护的配置原则，对低压配电系统设计、选型、定值设定具有指导意义。

参考文献

[1]周建强.低压网络短路电流在工程实例中的计算、分析及应用[J].建筑电气，2013（6）：72-79.

[2]任元会. 工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005：162-172.

[3]GB 50054-1995，低压配电设计规范[S].