一起10 kV快切装置动作原因分析探讨

陈兰鑫，雷定森

（酒钢集团宏晟电热公司供电分公司，甘肃嘉峪关 735100）

引言

由于冶金企业生产的连续性和不间断供电的特点，为了保证供电安全可靠性，各个变电开关站的接线方式多为单母线分段，目的就是保证在某一路电源故障或者需要停电检修时，另一路电源可以接带全部的负荷，使生产用电不受影响。

目前，酒钢集团公司10 kV 配电网内各变电站均配置备自投装置来实现工作电源与备用电源之间的切换。由于备自投都是低压启动（70%额定电压）、残压切换（30% 额定电压），时限长，在备用电源投入前，工作母线电压已经降到30%以下，对于电动机来讲，低电压保护基本都已动作跳闸，在备用电源投入后也无法自启，电压的波动造成生产设备跳闸，影响正常的生产，造成巨大的经济损失甚至设备安全事故。备自投实际上并没有真正起到保障供电连续性和可靠性。

主要原因是装置起动过迟，备自投完成动作的过程持续时间长达1～2 s，甚至更长。所以，除焦化、炼铁等重要工序变电站的备自投运行以外，网内其他站所的备自投都没有投入运行。从2019 年开始立项对公司10 kV 配电网内各变电站的备自投装置改造为快切装置，优先完成了3个炼铁开关站、炼钢、焦化等站所的快切改造，投运后在2次故障情况下工序生产未受影响，确保了稳定连续的供电。

但是在2019年对二炼铁10 kV开关站由备自投改造为快切装置，投运后均正常，在11 月份发生一起正常运行时快切动作切除受电故障，事故后对动作原因进行了分析。

1 事故现象

2019 年11 月6 日10:06 二炼铁开关站10 kV 二受电在正常运行的情况下，受电断路器跳闸，快切装置动作合上10 kV 分段断路器，快切装置报文显示快切逆功率启动动作。各馈出线无跳闸和其他异常状态，询问现场用户低压系统也没有跳闸的设备。

2 原因分析

二炼铁开关站电源引自110 kV 总降变电所10 kVⅠ、Ⅱ段母线，运行方式为10 kV 单母线分段运行，10 kV 分段热备，快切装置投入运行。故障发生后，技术人员赶到现场，对快切装置动作的原因进行了调查和综合判断。当日因2 座高炉休风，设备停机较多，二炼铁开关站的用电负荷降低。其中10 kV 二受电电流290 A，在10 kV 二段2#矿槽除尘风机停机后降为150 A。由于负荷瞬间降低，10 kV 2#电容器（2 400 kVar）对二段无功功率过补偿，过补电流104 A，超过了快切装置逆功率启动动作电流75 A 的整定值，导致10 kV 快切装置逆功率启动切除10 kV二受电。

通过查阅快速无扰动备用电源替续控制系统说明书，与逆功率启动相关的主要定值有：逆功率电压门槛定值、逆功率启动延时定值、逆功率电流启动定值。

逆功率电压门槛定值主要用来防止对侧变电站相邻线路故障时快切装置频繁起动，一般取90%～95%。逆功率起动延时定值按躲过“对侧变电站相邻线路快速保护的动作时间+该线路配出开关的跳闸时间”整定，一般推荐取100 ms。逆功率电流启动定值是依据受电额定电流的5%来取值。功率方向的检查由快切装置完成，一般不需设定定值。但必须经确认功率方向正确后方能投用本启动方式。

二炼铁开关站母线接有固定电容器组，在负荷降低到一定数量，如果电容器组不及时退出运行，就会造成无功过补偿。该站采用的是甲公司生产的快切装置，快切装置中的事故切换逆功率启动功能只有一个启动延时和启动电流定值。见图1。

图1 逆功率起动逻辑图

通过与其他站所使用的乙公司快速切换装置的特点和切换功能、动作逻辑等进行了比较和分析，乙公司逆功率启动切换中加了一条辅助判据，即，线电压小于逆功率电压门槛条件，才会判相应相别逆功率元件动作。否则在正常运行即使产生超过定值的逆功率时，装置也只会闭锁并发出逆功率告警信号，而不会动作。

通过分析，也反映出技术人员对快切装置在各种运行方式下的动作逻辑考虑不周，对快切的整定值和现场实际运行条件没有很好地结合，快切装置定值给定没有考虑无功功率最大倒送数值，只是按照常规理论数值给定了事故切换定值，逆功率电流启动定值按5%给定，未能对不同运行方式下快切装置功能提出要求，快切装置的运行存在缺陷。[1-2]

3 改进对策

二炼铁开关站在高炉休风的运行方式下，负荷减小且电容器组由于不能自动投切可能产生逆功率，10 kV 2 400 kVar 固定式电容器组，其额定电流约为138.6 A，10 kV 二受电电流互感器变比1500/5，依据逆功率启动定值5%In，计算为75 A。根据实际负荷情况对逆功率启动动作电流整定值重新进行了核算和修改，将启动电流放大至10%In，计算为150 A。躲过电容器组过补偿引起的非故障性逆功率情况，满足了快切装置的运行条件。2020 年3 月高炉休风在电容器没有退出时，负荷突降导致逆功率后进行了对比，逆功率电流值没有达到整定值，有效避免了快切装置非故障性逆功率误动作切受电的事故。

但是调整快切装置逆功率启动整定值，也存在故障导致发生逆功率时，影响快切装置动作灵敏性，较小的逆向电流不能正确启动快切装置。所以考虑对现有的固定式电容器组改造为智能自投切式，加装智能自投切控制器，能够依据母线功率因数变化自动控制补偿容量，避免无功过补偿对供电系统造成的影响和危害。另外向生产厂家进行反馈，将所需功能、动作逻辑等进行完善，对装置软件进行升级。

4 结语

由于冶金供电系统复杂多样，变电站母线所带设备多为异步电动机、同步电动机、高压并联电容器组及发电机等。例如10 kV 电网的部分变电站在工作母线接有余热发电机，正常运行时只需从电网吸收很小的功率，甚至还会向电网倒送功率，这种情况下，基于电流幅值和功率方向的启动判据就存在问题。快切装置任何一种启动判据都无法适用于所有场合，通过此次快切动作所反映出的问题，举一反三，吸取教训，针对冶金电网用电性质和各种运行方式以及负荷潮流的变化等，结合后续其他开关站所快切装置的改造和实际运行方式、设备、负荷性质，有针对性地根据动作逻辑给定定值参数，升级装置软件，避免类似故障的发生，确保稳定供电。