一次6kV廠用電系統(tǒng)接地的故障分析及整定計(jì)算

余 芳 王文志

（深圳廣前電力有限公司，廣東 深圳 518051）

發(fā)電廠6kV廠用系統(tǒng)一般都采用變壓器中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的形式，以降低6kV系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時(shí)的接地電流[1]。某電廠6kV高壓廠用系統(tǒng)為變壓器中性點(diǎn)經(jīng) 728Ω的電阻接地系統(tǒng)，廠用電正常由高廠變供電，#3臺(tái)機(jī)組共用一臺(tái)啟備變作為備用電源，工作電源和備用電源經(jīng)快切裝置自動(dòng)切換。高壓廠用電一次系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 #1機(jī)廠用6kV一次接線圖

1 故障經(jīng)過(guò)及原因分析

在一次啟備變檢修停電過(guò)程中，#1機(jī)6kV發(fā)接地報(bào)警，零序電壓為47.3V，同時(shí)啟備變低壓側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作于發(fā)信，動(dòng)作二次電流0.53A。一次檢查未發(fā)現(xiàn)接地點(diǎn)，二次檢查發(fā)現(xiàn)啟備變低壓側(cè)零序CT變比整定計(jì)算為10/1，實(shí)際為5/1，因此將啟備變低壓側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作二次定值由0.28A修改為0.56A，對(duì)應(yīng)一次電流為2.8A。

啟備變檢修完成后，將低壓側(cè)開關(guān)061送至工作位后，#1機(jī)6kV再次發(fā)接地報(bào)警，零序電壓為50.1V，啟備變低壓側(cè)零序保護(hù)不動(dòng)作。低壓側(cè)開關(guān)061拉至檢修位，接地報(bào)警消失。

根據(jù)以上操作情況和錄波圖可判斷為啟備變低壓側(cè)開關(guān)061故障，檢查發(fā)現(xiàn)#1機(jī)6kV備用電源進(jìn)線開關(guān)B相真空包有發(fā)熱現(xiàn)象，真空絕緣已破壞。真空包絕緣破壞應(yīng)發(fā)生在啟備變停電前，由于啟備變?cè)跓醾溆弥?，備用電源進(jìn)線開關(guān)兩側(cè)電位差接近零，故缺陷未暴露，當(dāng)啟備變高壓側(cè)開關(guān)斷開后，061開關(guān)母線側(cè)電壓為6kV，備用進(jìn)線側(cè)為零，兩側(cè)產(chǎn)生電位差，導(dǎo)致B相真空包被擊穿，B相經(jīng)728歐的電阻接地。接地電流回路如圖2所示。

圖2 接地故障電流回路

送電時(shí)啟備變零序未正確動(dòng)作，下面重點(diǎn)分析和計(jì)算啟備變零序電流。

在分析和計(jì)算啟備變零序電流之前，先介紹6kV零序電流的整定情況，變壓器中性點(diǎn)經(jīng)728歐高阻接地，故在6kV直接接地時(shí)，接地阻性電流不大于5 A，容性電流根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明不大于3 A，因此將6kV低壓變和6kV電機(jī)的零序電流整定為2.4 A，延時(shí)1s報(bào)警。高廠變和啟備變零序電流定值與之配合，整定為2.8 A，1.5s，報(bào)警[2]。

2 仿真計(jì)算

2.1 忽略容性電流

在由于B相接地導(dǎo)致中性電壓偏移，所以接地電流由阻性和容性電流合成。

阻性電流：

容性電流：由于當(dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)在停機(jī)狀態(tài)，6kV母線負(fù)載較少，根據(jù)設(shè)計(jì)資料可估算出此運(yùn)行方式和負(fù)載條件下，單相直接接地的容性電流約為1A，而經(jīng)高阻接地容性電流還將小于單相直接接地的容性電流，所以先忽略容性電流作定性分析。

在以上簡(jiǎn)化后的等效電路圖，如圖3所示。

圖3 不考慮容抗時(shí)的等效電路

根據(jù)等效電路圖，可得6kV母線電壓矢量如圖4所示。

圖4 不考慮容抗時(shí)6kV母線電壓矢量關(guān)系

根據(jù)矢量圖計(jì)算，此時(shí) 6kV母線零序電壓為1.5U，當(dāng)時(shí)6kV母線線電壓為6.4kV，由此得二次零序電壓為 53.3V，啟備變零序電流為 2.53A，Uab夾角為139.25。

2.2 考慮當(dāng)時(shí)負(fù)荷時(shí)的容性電流

停機(jī)狀態(tài)下，6kV的幾臺(tái)泵在備用狀態(tài)，主要負(fù)載僅為幾臺(tái)廠變，由于中性點(diǎn)的偏移，產(chǎn)生一定容性電流，考慮當(dāng)時(shí)6kV的負(fù)載容性阻抗影響后，等效電路如圖5所示。

圖5 考慮故障時(shí)負(fù)載容抗時(shí)的等效電路

采用Multisim軟件仿真，仿真圖及計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

圖6 考慮故障時(shí)負(fù)載容抗時(shí)的等效電路仿真計(jì)算

計(jì)算得二次零序電壓為51.87V，啟備變零序電流為2.6A，Uac夾角為82.6度。實(shí)際零序電壓保護(hù)動(dòng)作值50.1 V，錄波顯示Uac夾角為83.78度。實(shí)際與理論計(jì)算值非常接近。

2.3 考慮正常開機(jī)時(shí)負(fù)荷的容性電流

如果正常運(yùn)行時(shí)，在第二種情況已有負(fù)荷的基礎(chǔ)上，再考慮一臺(tái)給水泵、一臺(tái)凝結(jié)水泵各和兩臺(tái)循泵運(yùn)行。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，對(duì)地電容比第二種情況大約增大一倍。仿真圖及計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖7 考慮正常開機(jī)時(shí)負(fù)荷的容性電流等效電路仿真計(jì)算

計(jì)算得二次零序電壓為49.07V。Uac夾角為83.48度。啟備變零序電流為2.875A。

2.4 故障電流特征

從以上分析，對(duì)于此次故障情況，可以得出以下結(jié)論：

（1）原有啟備變零序電流整定值無(wú)法正確動(dòng)作。

（2）啟備變和高廠變的零序故障電流與6kV負(fù)載電容值有關(guān)，6kV負(fù)載電容值越大，啟備變零序故障電流越大，而高廠變的零序故障電流越小。

（3）啟備變零序故障電流，6kV空載下為2.53A，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)為2.875A。

3 處理對(duì)策

（1）如果不改變整定定值，在此故障情況下，廠用6kV母線零序保護(hù)能夠動(dòng)作，但無(wú)分支零序電流報(bào)警，不便于查找故障。

（2）如果將啟備變零序電流整定值改小，在正常方式運(yùn)行時(shí)無(wú)問(wèn)題，但是在廠高變檢修，啟備變帶廠用電時(shí)，出現(xiàn)電源零序電流比無(wú)分支零序電流定值小，電源與負(fù)載分支零序電流保護(hù)失配，此問(wèn)題可以通過(guò)臨時(shí)修改定值來(lái)解決。

（3）同時(shí)考慮修改電源和分支零序電流定值，可將原定值縮小一倍，分支線（即負(fù)荷開關(guān)）單相接地零序過(guò)流保護(hù)定值為：一次動(dòng)作值為2.4A，改為1.2 A，考慮上下級(jí)配合，電源（含廠高變和啟備變）零序過(guò)流保護(hù)定值由2.8A，改為1.4A，修改后在無(wú)廠用電源切換后的保護(hù)失配問(wèn)題。提高保護(hù)靈敏度后，要考慮誤動(dòng)的問(wèn)題，從收集的數(shù)據(jù)上看，三大泵和廠用變壓器正常運(yùn)行時(shí)的零序過(guò)流一次值最大不超過(guò)0.25 A，實(shí)測(cè)啟動(dòng)時(shí)零序電流不大于0.6A，因此可以考慮按此整定。

4 結(jié)論

啟備變和高廠變分支零序保護(hù)屬于發(fā)變組保護(hù)和高廠廠用電保護(hù)的交叉范圍，在整定計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)中容易忽視，因此有必要加強(qiáng)重視。備變高廠變分支零序過(guò)流保護(hù)在整定計(jì)算時(shí)不僅需要按照相關(guān)《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法進(jìn)行整定計(jì)算，而且需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和一次接線方式進(jìn)行深入研究（諸如分支開關(guān)擊穿后的特殊情況），因此繼電保護(hù)人員不僅要熟悉二次設(shè)備和整定計(jì)算，更需要了解一次設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行方式，以提高分支零序保護(hù)的正確動(dòng)作率[3]。

根據(jù)本文修改定值后，能夠確保保護(hù)正確動(dòng)作，在該廠三臺(tái)400MW燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組中得到了應(yīng)用和推廣，運(yùn)行情況良好，經(jīng)驗(yàn)值得推廣。

[1] 張樹權(quán),張小寧.一起 6kV零序保護(hù)動(dòng)作原因分析,華北電力技術(shù),2011(3)：46-49.

[2] 深圳前灣燃機(jī)電廠啟備變及廠用電保護(hù)整定計(jì)算報(bào)告.

[3] 張柳,解奎元,王麗,大型火電廠變壓器分支零序保護(hù)誤動(dòng)案例分析,電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(23)： 223-226.