一低壓配電室全所失電的故障原因分析

董益江等

【摘 要】本文分析了發(fā)生在我廠一低壓配電室全所失電的事故原因，提出了其相應(yīng)的防范措施。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)；備自投；變壓器；短路故障

1.事故原因經(jīng)過(guò)

我廠某生產(chǎn)車間因新增了一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，需要在其0.4kV配電室I段將電機(jī)的動(dòng)力電纜及控制電纜從電機(jī)柜（不可抽出型）引出。當(dāng)動(dòng)力電纜接完后，施工人員接二次控制回路時(shí)，因不慎，將二次電線觸到了空開(kāi)上側(cè)的帶電分支母排，引發(fā)0.4kV單相接地短路。之后故障所在段1#變壓器高壓斷路器因繼電器動(dòng)作出口跳閘，I段低壓進(jìn)線失電，母聯(lián)合，由于故障仍存在，累及2#變壓器高壓斷路器跳閘，該0.4kV配電室全所失電。

1.1 致使該0.4kV配電室全所失電的原因現(xiàn)分析如下：

引發(fā)事故的生產(chǎn)車間配電系統(tǒng)單線圖如圖（一）所示：

圖（一）

圖中：ATS為母聯(lián)備自投。

在該配電系統(tǒng)中，A點(diǎn)6kV母線三相短路時(shí)，其次暫態(tài)短路電流為13.7357kA（系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下），9.9013kA（系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下）；1#、2#變壓器的容量為1250kVA，額定電流為120.3/1804A，短路電壓百分比Uk=4.67%；B點(diǎn)0.4kV母線三相短路時(shí)，其次暫態(tài)短路電流（折算到6kV側(cè)）為2.0543kA（系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下），1.9421kA（系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下）；0.4kVI、II段進(jìn)線采用的是Moller的框架式斷路器（額定電流In=2500A），內(nèi)置保護(hù)模塊。

1.2 變壓器高壓側(cè)、0.4kV I、II段進(jìn)線的保護(hù)整定為：

1.2.1 1#、2#變高壓側(cè)整定為（CT：150/5；二次接地CT：800/5；保護(hù)單元：SPAJ140C ABB造）：

a、速斷保護(hù)：I>>=5.38In（In為CT的額定值），t=0.04s。

b、過(guò)流保護(hù)：I>=1.0In（In為CT的額定值），電流-時(shí)間曲線（Very inverse-time characteristics）可用用下式表示：

t=0.7*13.5/[（I/I>）-1] 式（1）

式中：I為運(yùn)行電流；I>為啟動(dòng)電流（I>=1.0In）；

當(dāng)I=2I>時(shí)，t=0.7*13.5/[2-1]=9.45s

當(dāng)I=3I>時(shí)，t=0.7*13.5/[3-1]=4.725s

當(dāng)I=4.485I>時(shí)，t=0.7*13.5/[4.485-1]=2.71s

c、變壓器二次接地保護(hù)：I>=0.65In （In為二次接地CT的額定值），電流-時(shí)間曲線（Normal inverse-time characteristics）可用用下式表示：

t=0.31*0.14/[（I/I>）0.02-1] 式（2）

式中：I為運(yùn)行電流；I>為啟動(dòng)電流；

當(dāng)I=2I>時(shí)，t=0.31*0.14/[20.02-1]=3.109s

當(dāng)I=4I>時(shí)，t=0.31*0.14/[40.02-1]=1.544s

1.2.2 0.4kVI、II段進(jìn)線框架式斷路器整定為

a、速斷保護(hù)：I>>=10In（In=2500A），t=0.4s

b、過(guò)流保護(hù)：I>=1.0In（In=2500A），t=30s

當(dāng)圖（一）中C點(diǎn)發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，若不考慮過(guò)渡電阻，其故障電流接近0.4kV母線單相接地短路故障電流，該值大約為（按系統(tǒng)最小運(yùn)行方式計(jì)）：

Ifault=I（1）k*n（n為變壓器的變比：6.3/0.4）=√3*1.9421*6.3/2*0.4=26.49kA

將Ifault代入式（2）可得該電流在變壓器二次接地保護(hù)繼電器的出口時(shí)間為：

t =0.31*0.14/[（26.49*1000/0.65*800）0.02-1]≈0s

因?yàn)?.4kV I、II段進(jìn)線框架式斷路器保護(hù)模塊對(duì)速斷、過(guò)電流的整定都為定時(shí)限，Ifault在其上的時(shí)間為0.4s，所以，當(dāng)圖（一）所示的C點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí)，變壓器高壓側(cè)SPAJ140C先動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)變壓器高壓斷路器跳閘回路而使低壓一段進(jìn)線失電。其根本原因是低壓進(jìn)線的保護(hù)和變壓器高壓側(cè)保護(hù)無(wú)法合理配合所致。

另外，該配電室全所失電的原因除了上述保護(hù)上的配合不佳外，還有變壓器高壓側(cè)事故總出口沒(méi)能完全閉鎖低壓備自投回路也是原因之一。該配電室0.4kV事故閉鎖信號(hào)只有來(lái)自0.4kVI、II段進(jìn)線斷路器上的過(guò)流、速斷故障出口節(jié)點(diǎn)，如圖（三）所示。而沒(méi)有變壓器高壓側(cè)故障出口節(jié)點(diǎn)。這樣，當(dāng)故障情況下發(fā)生越級(jí)跳閘導(dǎo)致一段失電時(shí)，低壓進(jìn)線因低壓而跳閘，此時(shí)備自投啟動(dòng)，低壓母聯(lián)斷路器合閘，若故障仍然存在，同樣會(huì)發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，致使另一變壓器跳閘而使全所失電。

圖（三）

圖中：K86為事故總出口

2.為避免類似故障的發(fā)生，該系統(tǒng)應(yīng)作如下完善

2.1 低壓進(jìn)線的保護(hù)不用斷路器內(nèi)置保護(hù)模塊所帶的保護(hù)，為便于上、下級(jí)保護(hù)的合理配置，防止事故時(shí)越級(jí)現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)將低壓進(jìn)線的保護(hù)換為繼電器保護(hù)，并且繼電器的類型和變壓器的高壓側(cè)保護(hù)用繼電器保持一致。這樣，在0.4kV母線及其下級(jí)發(fā)生故障時(shí)，相同故障下，只要低壓進(jìn)線、變壓器高壓側(cè)之間的保護(hù)曲線的斜度一樣，相同故障電流下二者有0.3-0.5s的級(jí)差，就可避免事故越級(jí)現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 低壓母聯(lián)上的備自投（ATS）回路不僅應(yīng)將0.4kV進(jìn)線的事故閉鎖信號(hào)引入，也應(yīng)將變壓器高壓側(cè)事故閉鎖信號(hào)引入，這樣，當(dāng)0.4kV母線及其下側(cè)發(fā)生事故越級(jí)而導(dǎo)致低壓進(jìn)線失電時(shí)，保證0.4kV母聯(lián)上的備自投不動(dòng)，從而防止事故時(shí)停電范圍的擴(kuò)大。改進(jìn)后的備自投閉鎖回路如下圖（四）所示：

圖（四）

但是，備自投閉鎖回路改為上圖（四）后，該系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：當(dāng)0.4kV進(jìn)線上側(cè)和變壓器高壓側(cè)斷路器下側(cè)間發(fā)生故障，導(dǎo)致低壓一段進(jìn)線失電時(shí)，備自投因上述二個(gè)方面的閉鎖而不動(dòng)，這會(huì)使配電室半所失電。然而，相對(duì)因事故越級(jí)導(dǎo)致事故擴(kuò)大而損壞設(shè)備來(lái)講，我認(rèn)為，將變壓器高壓側(cè)及低壓進(jìn)線的事故閉鎖信號(hào)全面引入備自投回路還是更可取的！ [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]工業(yè)企業(yè)供電.冶金工業(yè)出版社.

[2]許建安.繼電保護(hù)整定計(jì)算.北京：水利水電出版社，2001.