基于ETAP 的380 V 安全段保护定值优化

刘争光，马永立，洪琪旭，吴建超

（1.中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300；2.成都海光核电技术服务有限公司秦山项目部，浙江嘉兴 314300）

0 引言

近几年来核电基地出现过多起由于下游负荷故障导致的越级跳闸事件。主要故障原因有：①配电箱上游空气开关装了漏电保护器，配电箱的开关未加装漏电保护器；②上下级两个断路器的保护定值设置不合理，未能形成合适的级差配合；③下游断路器缺乏某些保护模式，例如接地保护，当下游断路器负荷发生单相接地时，上游的断路器接地保护动作。越级跳闸事故严重的话会造成整个配电柜的母线失电，导致配电柜下游重要负荷失电，最恶劣的结果是造成停堆停机，极大影响核电厂的经济效益。

为了减少发生越级跳闸事件，本文以某核电380 V 安全段为分析对象，结合国际主流的继电保护配合仿真软件ETAP 来完成继电保护整定的优化。

1 380 V 安全I 段现状分析

时间定值问题和TCC（时间电流特性）曲线配合问题：

进线开关411 的短路短延时时间定值t2与下游负荷的供电开关的短路短延时时间定值t2没有形成阶梯差。

其他定值的设置是否合适，以及进线开关411 的定值与负荷开关的定值的配合是否合适，需进一步分析。以三相短路电流较大或功率较大的负荷：设备冷却水泵S06-02A、220 V 1#硅整流器、1#冷冻机组EB605 为例进行分析。

设备冷却水泵S06-02A 的电源开关的定值与进线开关411的定值配合情况：

通过EAT 软件可以画出进线开关411 与设备冷却水泵S06-02A 的电源开关的Star TCC 曲线。其中断路器的LSI（过载保护、短路短延时保护、瞬时短路保护）TCC 曲线见图1。

由图1 可知，进线开关411 与设备冷却水泵S06-02A 的电源开关的定值配合存在如下问题：

图1 设备冷却水泵电源开关与进线开关411 的TCC 曲线

进线开关411 与设备冷却水泵S06-02A 的电源开关的TCC 曲线有个转折点过于接近，有重合的可能，即两个开关有同时动作的可能。

220 V 1#硅整流器的电源开关的定值与进线开关411 的定值配合情况：

通过 EAT软件可以画出进线开关411 与220 V 1#硅整流器的电源开关的Star TCC 曲线。其中断路器的LSI 的TCC 曲线见图2。

进线开关411 与220 V1#硅整流器的电源开关的定值存在如下问题：

220 V 1#硅整流器线路末端三相短路时，流过进线开关的电流为9.49 kA。根据图2 可知，当220 V 1#硅整流器线路末端发生三相短路时，进线开关411 与220 V 1#硅整流器的电源开关的瞬时短路保护有同时动作的风险。即进线开关411 的瞬时短路整定值不满足其整定原则。

图2 220 V 1#硅整流器电源开关与进线开关411 的TCC 曲线

1#冷冻机组EB605 的电源开关的定值与进线开关411的定值配合情况：

通过EAT软件可以画出进线开关411与1#冷冻机组EB605 的电源开关的 Star TCC 曲线。其中断路器的LSI 的TCC 曲线见图3。

图3 1#冷冻机组EB605 电源开关与进线开关411 的TCC 曲线

图3 可知，进线开关411 与1#冷冻机组EB605 的电源开关的定值存在如下问题：

进线开关411 与1#冷冻机组EB605 的电源开关的TCC 曲线有部分曲线过于接近，有重合的可能，即两个开关有同时动作的可能。

2 380 V 安全I 段保护整定

380 V 安全I 段下游负荷主要分为55 kW 及以下的电动机、75 kW 及其以上的电动机、照明箱、动力箱（包含开关柜组）、220 V 1#硅整流器等，以进线开关为例进行定值整定计算。

进线开关411 采用E3N 系列的框架断路器，其电子脱扣器是PR121/P（LSIG）型。脱扣器的额定电流In=2500 A。

2.1 长延时过负荷保护（L Protection）整定计算

（1）一次动作电流整定值Ir.set按躲过厂用变压器低压侧额定电流计算，1#堆用变的低压侧的额定电流为IT.N=1443 A，则：

式中，动作电流可靠系数为Krel.i=1.2；整定倍数为Kr=Ir.set/In=0.7。

（2）动作时间整定值tr.set。按厂用变压器低压母线短路时与出现短延时保护最长动作时间top.max=0.4 s 配合计算，3Ir.set动作时间整定值tr.set为：

2.2 短延时短路保护（S Protection）整定计算

（1）按与出线短延时保护最大动作电流Iop.max配合计算，即同1#冷冻机组EB605 电源短延时保护动作电流Iop.max=4200 A 配合计算，则：

式中，整定倍数为ksd.set=Isd.set/In=2.5。

（3）按反时限动作特性I2t-on，按与下一级保护最大动作时间top.max=0.4 s 配合计算，则：

2.3 瞬时短路保护（I Protection）整定计算

进线开关411 与各馈出线的保护电器都装在低压配电屏内，距离不过几米，在此范围内发生短路和接地故障的概率很小，不设置瞬时过电流保护，以避免馈出线故障时进线开关411无选择性动作。应置最大并退出。

3 结合ETAP 的Star TCC 曲线验证

通过重新对相关定值的计算再结合ETAP 的Star TCC 曲线进行进一步验证。为了和图1、图2、图3 形成对比，仍以三相短路电流较大或功率较大的负荷：设备冷却水泵S06-02A、220 V1#硅整流器、1#冷冻机组EB605 为例进行分析。

设备冷却水泵S06-02A 的电源开关的定值与进线开关411的定值配合情况：通过EAT 软件可以画出进线开关411 与设备冷却水泵S06-02A 的电源开关的Star TCC 曲线。其中断路器的LSI 的TCC 曲线见图4。

由图4 可知，断路器新的整定值满足上下级的选择性配合。

图4 设备冷却水泵电源开关与进线开关411 的TCC 曲线

220 V1#硅整流器的电源开关的定值与进线开关411的定值配合情况：通过EAT 软件可以画出进线开关411 与220 V1#硅整流器的电源开关的Star TCC 曲线。其中断路器的LSI 的TCC曲线见图5。

由图5 可知，断路器的新的整定值满足上下级的选择性配合。

图5 220 V1#硅整流器的电源开关与进线开关411 的TCC 曲线

1#冷冻机组EB605 的电源开关的定值与进线开关411 的定值配合情况：通过EAT 软件可以画出进线开关411 与1#冷冻机组EB605 电源开关的Star TCC 曲线。其中断路器的LSI 的TCC 曲线见图6。

由图6 可知，断路器新的整定值满足上下级的选择性配合。

图6 1#冷冻机组EB605 电源开关与进线开关411 的TCC 曲线

通过ETAP 也验证了其他负荷的电源开关保护定值与进线开关411 的保护定值同样具有良好的选择性。

4 结论

首先通过国际主流的继电保护配合仿真软件ETAP 中的Star TCC 曲线功能分析了某核电380 V 安全I 段的保护定值存在如下问题：①整定时间设置不合理，没有形成阶梯差；②进线开关411 与某些负荷的电源开关的TCC曲线过于接近，存在曲线交叉的可能性，也即存在越级跳闸的风险；③进线开关411 与某些负荷的电源开关的瞬时保护定值配合不当，存在三相短路时，进线开关411 与负荷的电源开关同时动作的风险。

同一被保护设备，同一保护方式，保护类型相同，动作特性相同，如果保护型号不同，虽整定值计算原则相同，但由于保护动作方程不同，其整定计算方法不同，从而计算整定值结果就不同。结合ABB Emax 系列框架断路器和Isomax S 系列的塑壳断路器的保护动作方程，对380 V 安全I段的进线开关和下游负荷的电源开关的整定值进行了重新计算，并利用ETAP 中 的Star TCC 曲线功能进行了验证，结果表明：在新的整定值下，各负荷的电源开关与进线开关411 有良好的级差配合。