熱電廠化學(xué)水供電系統(tǒng)保護(hù)問題分析

蘇 治，韓廣瑞，張青青，尹陽陽

（（1.山東理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，山東 淄博 255003；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250002）

1 故障現(xiàn)象

淄博熱電廠3號(hào)、4號(hào)機(jī)組于2002年投產(chǎn)，化學(xué)水供電系統(tǒng)自投產(chǎn)以來曾出現(xiàn)過多次保護(hù)越級(jí)動(dòng)作、開關(guān)不明原因跳閘等故障，即存在所謂的保護(hù)誤動(dòng)、信號(hào)誤發(fā)、開關(guān)誤跳、設(shè)備誤停的嚴(yán)重問題。

2003年5月，MCC柜電源斷路器出現(xiàn)了不明原因跳閘以及低電壓變壓器斷路器誤跳的問題；2006年6月7日，400 V電動(dòng)機(jī)接地故障PC段出線斷路器發(fā)生越級(jí)跳閘以及出線相鄰斷路器誤動(dòng)跳閘的問題；2010年3月10日，在將PC段出線保護(hù)的定值調(diào)整之后，又出現(xiàn)過400 V電動(dòng)機(jī)接地故障MCC柜接觸器被燒毀，MCC柜空氣斷路器拒絕動(dòng)作，PC段出線斷路器再次越級(jí)跳閘的故障。

故障的發(fā)生不僅造成了機(jī)組停運(yùn)還影響到了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)危及到城市供暖。

2 檢查過程

MCC柜電動(dòng)機(jī)保護(hù)靜態(tài)試驗(yàn)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表1所示，可見檢查結(jié)果是正確的。

MCC柜電動(dòng)機(jī)保護(hù)的跳閘邏輯檢查。電動(dòng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作之后啟動(dòng)接觸器跳開，空氣斷路器拒絕動(dòng)作。可見，保護(hù)的跳閘邏輯錯(cuò)誤。

PC段出線零序TA接線檢查。PC段出線A、B、C三相以及回線N同時(shí)穿過零序TA，而且，回線N穿過零序TA后接地，如此接線是值得分析的。

零序保護(hù)的定值與配合檢查。MCC柜電動(dòng)機(jī)零序保護(hù) 100%In，0.1 s跳閘；PC 段出線零序保護(hù) 2 A，0 s跳閘；PC段電源側(cè)零序保護(hù)1 804 A，0.4 s跳閘。時(shí)間定值的級(jí)差配合需要調(diào)整。

電流互感器的二次負(fù)載測(cè)量。在電流互感器的二次負(fù)載側(cè)加入5 A的電流，測(cè)量其電壓，計(jì)算二次阻抗，二次阻抗最大的一組值為1.2 Ω。

3 保護(hù)的接線與原理

MCC段出線接地保護(hù)應(yīng)用零序接線的原理構(gòu)成，PC段出線接地保護(hù)應(yīng)用零序電流互感器接線的保護(hù)原理構(gòu)成。

3.1 零序接線保護(hù)原理

圖1 零序接線保護(hù)原理圖

3.2 零序電流互感器接線保護(hù)原理

零序電流互感器接線見圖2，在一圓形鐵心中通過三相導(dǎo)線，二次繞組繞在鐵心上。在正常情況下，三相導(dǎo)線負(fù)荷對(duì)稱，即一次側(cè)電流對(duì)稱，其相量和為零，鐵心中不產(chǎn)生磁通，因此二次繞組中沒有電流。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時(shí)，三相電流之和不為零，出現(xiàn)3倍的零序電流，鐵心中出現(xiàn)零序磁通，則在二次繞組中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。零序電流互感器接線的保護(hù)采用DL-11型電磁式繼電器。

3.3 電流互感器的二次負(fù)載

電流互感器的二次負(fù)載指的是二次繞組所承擔(dān)的容量，即負(fù)載功率，可表示為

圖2 零序電流互感器接線原理圖

式中：S2為電流互感器二次負(fù)載功率，VA；U2為電流互感器的二次電壓，V；I2為電流互感器的二次電流，A；Z2為電流互感器的二次負(fù)載阻抗，Ω。

由于電流互感器二次電流只隨一次電流變化，而不隨二次負(fù)載阻抗變化，因此，其容量取決于Z2的大小，通常把Z2作為電流互感器的二次負(fù)載阻抗，可表示為

式中：Z2為二次繞組的總阻抗，Ω；Z21為電流互感器二次側(cè)至或繼電器之間的連接導(dǎo)線阻抗，Ω；Z22為測(cè)量繼電器線圈阻抗，Ω；R 為接觸電阻，Ω；K1、K2分別為連接導(dǎo)線、繼電器線圈阻抗換算系數(shù)。

Z2是二次繞組負(fù)擔(dān)的總阻抗，包括繼電保護(hù)電流線圈的阻抗Z22、連接導(dǎo)線阻抗Z21和接觸電阻R三部分。為了保證電流互感器能夠在要求的準(zhǔn)確級(jí)下運(yùn)行，必須校驗(yàn)其實(shí)際二次負(fù)載阻抗，一般要求Z2<2 Ω。

4 原因分析

根據(jù)檢查結(jié)果可知，保護(hù)的靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果正確、特性正常；電流互感器實(shí)測(cè)的二次阻抗為Z2=1.2 Ω，小于規(guī)定的數(shù)值2.0 Ω。因此，熱電廠化學(xué)水系統(tǒng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)的保護(hù)誤動(dòng)、信號(hào)誤發(fā)、開關(guān)誤跳、設(shè)備誤停的嚴(yán)重故障與電動(dòng)機(jī)保護(hù)靜態(tài)試特性無關(guān)，與電流互感器的二次負(fù)載阻抗無關(guān)，與保護(hù)的邏輯、定值等密切相關(guān)。

PC段零序保護(hù)定值問題導(dǎo)致MCC柜的電源斷路器越級(jí)跳閘。PC段零序保護(hù)原來的定值是2 A，0 s跳閘；而MCC柜電動(dòng)機(jī)零序保護(hù)100%In，0.1 s跳閘。 可見保護(hù)的時(shí)間定值配合不當(dāng)，因此電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)接地故障時(shí)PC柜的電源斷路器會(huì)越級(jí)跳閘。

MCC柜電動(dòng)機(jī)保護(hù)的邏輯錯(cuò)誤導(dǎo)致電源斷路器越級(jí)跳閘。PC段出線零序保護(hù)定值調(diào)整后為4 A，0.3 s跳閘；雖然MCC柜電動(dòng)機(jī)零序保護(hù)100%In，0.1 s跳閘；但電動(dòng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作之后啟動(dòng)接觸器跳開，接觸器卻不具備斷弧能力，不能切除故障。 因此電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)MCC柜的電源（即PC段出線）斷路器依然會(huì)跳閘。

零序TA接線問題導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)MCC電源的相鄰斷路器跳閘。PC段出線采用A、B、C三相以及回線N同時(shí)穿過零序TA，回線N穿過零序TA后接地的接線。當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，地電流在穿過MCC電源的TA的同時(shí)，會(huì)有地電流穿過其相鄰TA，如果電流的數(shù)值已經(jīng)達(dá)到了保護(hù)的定值，則相關(guān)的零序保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘。MCC電源的相鄰線路可能不止一條跳閘。

由此可以推斷，在發(fā)電廠附近，其他大電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，會(huì)有地電流穿過上述TA，并導(dǎo)致其保護(hù)誤動(dòng)作。接地電流分布示意圖見圖3［3］。

圖3 接地電流分布示意圖

5 防范措施

調(diào)整零序保護(hù)的定值［3-5］。 MCC柜電動(dòng)機(jī)零序保護(hù)100%In，固有時(shí)間跳閘；PC段出線側(cè)零序保護(hù)4 A，0.3 s跳閘；PC段電源側(cè)零序保護(hù)1 804 A，0.6 s跳閘。

更改電動(dòng)機(jī)保護(hù)跳閘的邏輯接線。對(duì)所有MCC段電動(dòng)機(jī)的接地保護(hù)更改邏輯接線，將電動(dòng)機(jī)保護(hù)改為啟動(dòng)空氣斷路器跳閘。

解決三相回線N穿過零序TA的問題。對(duì)所有PC段出線接地保護(hù)，須解決三相回線N穿過零序TA的問題，不允許三相回線N穿過零序TA的接線存在。

6 結(jié)語

熱電廠化學(xué)水供電系統(tǒng)保護(hù)出現(xiàn)不正確動(dòng)作的行為后，按照檢查二次回路接線的正確性、檢查保護(hù)特性與定值的正確性、分析系統(tǒng)接地故障時(shí)零序電流的分布情況等的思路來確定故障原因，制定防范措施，使問題得到合理解決。

［1］何永華，閻曉霞，陳 霞.發(fā)電廠及變電站的二次回路［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［2］國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1997.

［3］高春如.大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006.

［4］國(guó)家電力調(diào)度通信中心.繼電保護(hù)培訓(xùn)教材［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2009.

［5］蘇文博，李鵬博，張高峰.繼電保護(hù)事故處理技術(shù)與實(shí)例［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2002.