发电厂低压厂用电越级跳闸——零序保护整定值应用分析

华电章丘发电有限公司 王海峰 李 浩 国 旭

当前电厂低压厂用电多为变压器中性点直接接地系统（TN-C-S），当出现单相接地（相地）短路故障时，保护跳闸；最近这些年，MCC 段馈线出现单相接地短路故障时，经常出现越级到PC 跳闸现象。这些现象广泛存在于华能、华电、大唐、神华、国电等五大集团的电厂，经分析这种单相接地引起的越级跳闸现象和零序保护定值上下级的配合有关。近几年，电厂低压厂用电单相接地短路故障引起的越级跳闸现象越来越多，有时甚至越过变压器造成非停。成了电厂不能连续稳定运行的一个因素，给电厂带来了很大的经济损失。

1 电厂低压单相接地保护设置

国内火电厂低压厂用电(400V)系统主要是中性点直接接地（TN）系统，其中TN-C-S 系统最常见。PC 框架断路器有零序保护，小回路是SL/SLI塑壳断路器，没有零序保护。MCC 段馈线只有SL/SLI 塑壳断路器，也没有零序保护。当MCC 段馈线出现单相远端金属性接地或近端非金属性接地时，本回路塑壳断路器不能跳闸，而是MCC 进线零序保护越级跳闸，导致故障扩大。甚至PC 框架断路器下的线路非金属接地时，会越过6/10kV 变压器，造成非计划性停机。

2 原因分析

厂用电设计技术规范《DL5153-2014火力发电厂厂用电设计技术规程》中没有强制要求MCC 用零序保护，只是在8.2.3第二条及8.7.1第2条分别规定：低压厂用电母线上的馈线和电机回路应装设单相接地短路保护，可用相间短路保护兼做单相接地短路保护，当单相接地短路保护灵敏度不够时，应设单独的单相接地保护装置。但电厂建设时MCC馈线多数不加零序保护[1]。

各大设计院在新电厂的设计中，大多数火电厂设计时PC 段大馈线有零序保护，定值为0.25In。MCC 馈线回路中只设计了SL 两段式热磁塑壳断路器，短延时（相间短路保护）兼做零序保护，定值为8In，不可调。这种保护定值的设置可能会出现零序保护定值倒挂[2]。

当较长馈线远端金属接地或近端非金属接地时，会出现越级跳闸现象。案例如：某电厂汽机MCC 馈线-汽机房排水泵电控箱，电缆采用ZRC-YJV22-1-4x16，长度143m，正序单位阻抗（1.097+j0.087）mΩ/m，零序单位阻抗(7.679+j0.348)mΩ/m。

此汽机房排水泵电控箱电源采用KFM2-100H塑壳断路器，回路负荷电流30A，断路器额定电流50A，速断定值装置固定10In（即500A），无零序保护。汽机MCC 电源线采用KFW2-1600脱扣器保护，回路负荷电流为600A，脱扣器额定电流为800A，短延时保护为3In（即2400A），接地保护为0.25In（即200A）。

当在本线路末端发生单相接地故障：

结论：流过本线路的3I0为490A，而本线路的速断定值为500A，故本线路保护拒动，但本MCC电源线路零序定值为200A，从而造成了越级跳闸的情况。因此，建议在MCC 馈线加零序保护，定值为0.5～0.7In 延时级差0.2S[3]。

为避免这种越级跳闸问题，最新的《DL1502-2016厂用电继电保护整定计算导则》第9.2.3.1规定[4]，400V 直接接地(TN)系统接地保护整定计算方法如下：按躲过馈线最大负荷的不平衡电流计算；与下级的配合：下一级有零序保护时按与零序保护最大动作电流配合，无零序保护时按与相电流保护最大动作电流配合（单相接地时不会越级跳闸）。

推论：按这个规定，当下级无零序保护，进线的零序保护应当大于馈线的相间短路保护定值，这样可以避免越级跳闸的发生；但是当较长馈线远端金属接地或单相非金属接地时，本级短延时（过流保护）及上级的零序保护存在不动作的风险，有发生电气火灾可能[5]。案例如下：

某电厂#2机锅炉MCC 段2A 送风机油站电源，电缆采用ZRC-YJV22-1-4x6，长度170m，正序单位阻抗（2.867+j0.1）mΩ/m，零序单位阻抗(26.519+j0.4)mΩ/m。2A 送风机油站电源采用KFM2-100H 塑壳断路器，回路负荷电流12A，断路器额定电流25A，速断定值装置固定10In（即250A），无零序保护。#2机锅炉MCC 段电源采用KFW2-1600脱扣器保护，回路负荷电流为560A，脱扣器额定电流为800A，短延时保护为2.5In（即2000A），接地保护为0.25In（即200A）。

当在本线路末端发生单相接地故障，流过本线路的3I0为126A（计算过程与案例一相同，在此不再列出），而本线路的速断定值为250A，故本线路保护拒动，但本MCC 电源线路零序定值为200A，从而造成发生接地故障而PC 和MCC 两级开关均拒动的情况，存在长期接地造成电气火灾的可能。因此，建议在MCC 馈线加零序保护，定值为0.5～0.7In延时级差0.2S。

广泛存在严重的大马拉小车现象，如用最小的16A 的SL 两段式热磁塑壳开关带4平方100m 以上线路的负荷时，很有可能出现末端金属接地拒动。简单分析如下：回路零序阻抗按2Ω 计算（4方线100md 的电阻为0.403Ω，加上PC 线路阻抗和地网阻抗、再加上过渡电阻，达到2Ω 是很正常的）。那么零序电流只有110A(220V/2Ω)，本回路塑壳开关短延时保护为128A（16×8），因此拒动，当进线的零序保护小于110A 时，就会发生越级跳闸故障。建议在MCC 馈线加零序保护，定值为0.5～0.7In 延时级差0.2S。

3 结语

低压厂用电一般馈线的零序保护电流整定值为0.5～0.7In（躲过不平衡电流，且小于进线的零序保护整定值），最小5A，延时级差0.2S；检修回路的零序保护定值为0.5～0.7In，躲过不平衡电流，且大于常用380V 电焊工作电流的3倍。因为两相电焊的零序电流至少为负的B 相电流，还有涌流；检修、照明、电伴热、烟囱防撞灯等回路用剩余电流保护原理，零序保护电流整定值为0.5～0.7In，最小5A，延时级差0.2S。