淺談400 V 負(fù)荷故障分析及保護(hù)定值整定計(jì)算

梁 剛，盧小琴，肖 闖，趙思意

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615499）

1 引言

繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的第一道防線，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，對保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著非常重要的作用。分析繼電保護(hù)裝置的動作行為，找出事故（事件）的直接原因，提出風(fēng)險(xiǎn)防范及改進(jìn)措施，是提高繼電保護(hù)裝置可靠性及運(yùn)行管理水平的重要途徑。

2 故障簡介

某電站10 kV G01K01 饋線保護(hù)裝置A 相定時(shí)限過流保護(hù)動作跳閘，斷路器跳開，導(dǎo)致該饋線所帶400 V 母線負(fù)荷全部失電。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該400 V 母線上一臺臺車滑線器滑線錯(cuò)位，滑觸線集電器卡死跳槽，且故障發(fā)生時(shí)，400 V 脫扣器401 及臺車脫扣器4001 均未動作。臺車滑線器電源接線圖如圖1 所示。

3 故障分析

3.1 10 kV 饋線保護(hù)裝置動作分析

10 kV 饋線保護(hù)裝置采用ABB 公司生產(chǎn)的REF615 K，配置有過負(fù)荷保護(hù)、定時(shí)限過流保護(hù)及速斷保護(hù)，其整定值見表1。

故障時(shí)刻G01K01 保護(hù)裝置故障波形，如圖2所示，保護(hù)裝置定時(shí)限過流啟動時(shí)刻，A 相故障電流達(dá)到3.895 A（定值為3.47 A），啟動后570 ms，保護(hù)邏輯跳閘出口，59 ms 后G01K01 斷路器分閘到位。

圖1 臺車滑線器電源接線圖

表1 G01K01 保護(hù)裝置整定值表

圖2 G01K01 保護(hù)裝置故障錄波圖

從圖2 可以看出，故障時(shí)A、C 相電流相位相差180°，且A 相電流約為C 相電流的2 倍（A 相3.895 A，C 相1.976 A，由于G01K01 保護(hù)裝置CT 采用不完全星型接線方式，只采了A、C 相電流，B 相電流由A、C相合成，不能反映真實(shí)的B 相故障電流，故不予考慮），是典型的Dyn11 變壓器y 側(cè)ac 相相間短路故障，下面介紹一種利用變壓器繞組特征[1]，通過繪圖的方法來分析Dyn11 變壓器故障電流的特征[2]，簡便起見，下面假設(shè)：①忽略負(fù)荷電流；②電流方向從電源流向故障點(diǎn)為正；③變壓器繞組間的變比為1。分析步驟如下：

（1）根據(jù)Dyn11 變壓器連接組別，繪制出Dyn11變壓器的繞組連接圖，如圖3 所示。

（2）當(dāng)電源在D 側(cè)，y 側(cè)發(fā)生ac 相短路時(shí)，短路點(diǎn)-z 繞組-x 繞組形成回路，該回路有短路電流，而y 繞組無電流，繪制出y 側(cè)電流。

（3）根據(jù)變壓器繞組電流傳變特性繪制出D 側(cè)繞組電流，同樣為X、Z 繞組有短路電流，而Y 繞組無短路電流。

（4）根據(jù)基爾霍夫電流定律可以繪制出D 側(cè)A B C 相電流。

顯而易得，D 側(cè)A、C 相電流相位相反，且A 相電流為C 相電流的2 倍，故推斷y 側(cè)發(fā)生了ac 相相間短路故障。

圖3 Dyn11 變壓器y 側(cè)ac 相短路時(shí)， D 側(cè)和y 側(cè)電流示意圖

經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)臺車集電器跳槽卡死，a 相集電器正好與c 相滑線槽接觸，導(dǎo)致ac 相發(fā)生相間短路故障，故障點(diǎn)處集電器和滑線槽均出現(xiàn)不同程度燒傷，與以上分析相符，10 kV 饋線保護(hù)裝置正確動作。

3.2 400 V 斷路器未動作原因分析

G01K01 斷路器跳閘后，400 V 斷路器401 及臺車電源斷路器4001 均未跳閘，401、4001 斷路器整定值表見表2。

表2 401、4001 脫扣器整定值表

通過已知參數(shù)及故障波形，可以估算出此次故障時(shí)一次短路電流Ik，計(jì)算如下：

計(jì)算得Ik為3 709.9 A，400 V 脫扣器4001 短路短延時(shí)保護(hù)定值為4 000 A，脫扣器401 為9 600 A，尚未達(dá)到401 與4001 脫扣器短路短延時(shí)保護(hù)動作定值，通過以上分析，說明400 V 脫扣器短路短延時(shí)保護(hù)動作定值設(shè)置不合理，需要重新整定計(jì)算。

4 整改措施

對400 V 脫扣器短路短延時(shí)保護(hù)動作定值進(jìn)行重新整定計(jì)算，使其與10 kV 饋線保護(hù)裝置及各脫扣器之間上下級配合更合理。短路短延時(shí)保護(hù)應(yīng)按電流保護(hù)的第Ⅱ段限時(shí)電流速斷保護(hù)的原則整定[3]，應(yīng)能保護(hù)本線路全長及下一線路首端一部分。

短路短延時(shí)保護(hù)動作電流按與被保護(hù)線路下一段線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)配合來整定[4]：

帶入相關(guān)線路及設(shè)備負(fù)荷參數(shù)，計(jì)算得401 斷路器的短路短延時(shí)脫扣保護(hù)定值為3 200 A，4001斷路器的短路短延時(shí)脫扣保護(hù)定值為2 500 A，延時(shí)分別取0.4 s、0.1 s；按被保護(hù)線路末端相間短路時(shí)的最小短路電流校驗(yàn)靈敏度符合要求[5]。

5 結(jié)語

本文通過對一起400 V 臺車滑線器相間短路故障進(jìn)行分析，介紹了一種通過繪圖來分析Dyn11 變壓器故障電流特征的方法，該方法簡單方便，可適用于各類型變壓器故障分析，具有廣泛的使用價(jià)值.此外，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，用電負(fù)荷類型不斷增加，繼電保護(hù)裝置與脫扣器之間動作定值的配合應(yīng)充分給予考慮，使繼電保護(hù)裝置及脫扣器動作更具選擇性，盡可能縮小停電范圍，本文對類似接線形式的用電負(fù)荷有一定的借鑒意義。