循泵房配電系統(tǒng)三極雙電源切換裝置應(yīng)用分析

丁帥永

摘要：某核電廠循泵房配電系統(tǒng)為保障循泵輔助負(fù)荷電源可靠性，采用三級雙電源切換裝置提供冗余電源。三極雙電源切換裝置應(yīng)用使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生非預(yù)期的電流路徑，影響保護(hù)整定計(jì)算和配合，降低電源可靠性。本文分析三極雙電源切換裝置對電流路徑變化、保護(hù)整定計(jì)算、保護(hù)配合的影響，提出合理的保護(hù)整定原則和保護(hù)配合修改建議，對類似問題整改及后續(xù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：三極雙電源切換裝置? 電流路徑? 接地保護(hù)? 保護(hù)配合

長期以來，低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)未得到足夠重視，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等方面還存在諸多問題，威脅配電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，其中，雙電源切換開關(guān)的選型不當(dāng)甚至?xí)绊懭松戆踩玔1-2]。某核電廠循泵房低壓交流配電系統(tǒng)（以下簡稱為循泵房配電系統(tǒng)）采用TN-S接地型式，電機(jī)控制中心進(jìn)線采用三極雙電源切換裝置（以下雙電源切換裝置簡稱ATS），循泵房兩段電源間N線連通不能被切斷，使系統(tǒng)產(chǎn)生非預(yù)期電流路徑。在電機(jī)控制中心饋線發(fā)生單相短路（相線N線短路，本文中稱此為單相短路）將可能導(dǎo)致電機(jī)控制中心母線同時(shí)失去兩路電源。本文重點(diǎn)分析采用三極ATS后N線連通對電流路徑、保護(hù)整定計(jì)算和保護(hù)配合的影響，并提出具有普遍適用性的改進(jìn)建議。

1 循泵房配電系統(tǒng)配置

1.1循泵房配電系統(tǒng)概況

循泵房配電系統(tǒng)概況如圖1所示。干變低壓側(cè)配置CT作為SEL-351接地保護(hù)輸入，用于跳閘負(fù)荷中心（以下負(fù)荷中心簡稱LC）進(jìn)線斷路器;LC采用ABB Emax斷路器配置PR122電子脫扣器，其中LC進(jìn)線、母聯(lián)采用四極開關(guān)、LC饋線采用三極開關(guān);電機(jī)控制中心（以下電機(jī)控制中心簡稱MCC）進(jìn)線采用ASCO 7000系列或OTM800 PC級三極ATS，無電流保護(hù)功能;MCC饋線分為4種：（1）Tmax塑殼斷路器配置PR221電子脫扣器;（2）Tmax塑殼斷路器配置TMD或TMA脫扣器;（3）Tmax塑殼斷路器配置MF或MA脫扣器附加simocode;（4）Tmax塑殼斷路器（配置MA、MF或PR221電子脫扣器）和熱繼電器，部分MCC饋線配有接地故障繼電器。

1.2循泵房配電系統(tǒng)保護(hù)配置

循泵房配電系統(tǒng)保護(hù)配置類型如圖1，其中LC饋線及MCC饋線詳細(xì)保護(hù)配置如表1所示。配電系統(tǒng)采用剩余電流原理的接地保護(hù)，判據(jù)為? ?[3]。接地保護(hù)配合關(guān)系為：干變低壓側(cè)SEL裝置接地保護(hù)采用反時(shí)限，LC進(jìn)線、LC母聯(lián)、LC饋線接地保護(hù)、MCC饋線接地保護(hù)（如有）采用定時(shí)限，上下游動作曲線互相配合，LC斷路器接地保護(hù)動作電流取最小可整定值。對于未配置接地保護(hù)的MCC饋線回路，采用短路短延時(shí)或速斷保護(hù)兼做單相接地保護(hù)，如靈敏系數(shù)不滿足，則配置單獨(dú)的接地保護(hù)。

2 N線連通對電流路徑的影響

MCC進(jìn)線采用三極ATS使N線連通，以E32為例，采用電流路徑分析法，分析系統(tǒng)N線連通對電流路徑的影響。如圖2所示，LC母線E3、F3分列運(yùn)行，LC饋線E32（52-1）和E32（52-2）合閘，E32由E3帶載。當(dāng)E32母線存在不平衡電流（極端情況如線路末端單相短路），不平衡電流在連通N線處分流，一部分In1正常流回E3段干變中性點(diǎn)，另一部分In2通過非預(yù)期電流路徑經(jīng)F3段N線、F3段接地點(diǎn)、E3段接地點(diǎn)流回E3段變壓器中性點(diǎn)?？梢?，N線連通導(dǎo)致E3段N線電流減小In2，F(xiàn)3段N線流過非預(yù)期電流In2。因此LC母線進(jìn)線斷路器E3M（52）/F3M（52）、LC饋線斷路器E32（52-1）/E32（52-2）均檢測到接地故障電流? ，判斷發(fā)生接地故障，而實(shí)際接地故障并不存在。

3 電流路徑變化對保護(hù)配合的影響

由章節(jié)2的分析可知，N線連通只會影響N線電流路徑，不會導(dǎo)致相線電流的變化，LC進(jìn)線、LC母聯(lián)、LC電源饋線、MCC饋線L和S（或I）保護(hù)均使用相電流作為保護(hù)判斷的輸入，故N線連通不影響L、S或I保護(hù)配合關(guān)系。

以下首先說明短路電流計(jì)算方法，然后分析MCC饋線單相短路，N線連通對LC斷路器接地保護(hù)正確動作的影響。

3.1短路電流計(jì)算方法

計(jì)算短路電流時(shí)只考慮直接短路，不考慮非金屬性短路;保護(hù)配合關(guān)系分析時(shí)，需考慮非直接短路時(shí)保護(hù)動作曲線的配合。低壓系統(tǒng)短路電流使用有名值計(jì)算較為方便，低壓系統(tǒng)單相接地短路計(jì)算引入相保阻抗的概念，計(jì)算公式如下：

式中，R（1）、R（2）、R（0）、X（1）、X（2）、X（0）、Z（1）、Z（2）、Z（0）分別表示短路電路正序、負(fù)序、零序電阻，正序、負(fù)序、零序電抗，正序、負(fù)序、零序阻抗;Rphp、Xphp、Zphp分別表示短路電路相線-保護(hù)線回路（簡稱相保）電阻、相保電抗、相保阻抗;R（0）.ph、X（0）.ph、Z（0）.ph分別表示電纜相線的零序電阻、電抗、阻抗。R（0）.p、X（0）.p、Z（0）.p分別表示電纜N線或PE線的零序電阻、電抗、阻抗; 表示電壓系數(shù)，計(jì)算單相接地、三相短路電流時(shí)分別取1、1.05;Un表示標(biāo)稱線電壓;RS、RT、Rm、RL（XS、XT、Xm、XL）分別表示系統(tǒng)、干變、母線、電纜電阻（電抗）;Rphp.s、Rphp.T、Rphp.m、Rphp.L（Xphp.s、Xphp.T、Xphp.m、Xphp.L）分別表示系統(tǒng)、干變、母線、電纜相保電阻（電抗）。

3.2 MCC饋線單相短路導(dǎo)致LC斷路器越級跳閘

以MCC饋線2與LC電源饋線E32為例說明N線連通對保護(hù)配合關(guān)系的影響。MCC饋線2短路電流計(jì)算各元件參數(shù)如表2。

使用表2參數(shù)和3.1短路計(jì)算方法得出MCC饋線2末端單相短路電流Ik1=289.5A。如圖3所示，LC E32電源饋線G保護(hù)設(shè)定值126A，延時(shí)0.2s（定時(shí)限），MCC饋線2在線路末端單相短路時(shí)動作時(shí)間為2.5s，此時(shí)In1=In2=289.5/2=144.75A（MCC兩路進(jìn)線N線長度截面相同），對于上游兩路LC E32電源饋線斷路器IG=In2=144.75A>126A ，在MCC饋線斷路器動作前，上游兩路LC電源饋線斷路器接地保護(hù)動作越級跳閘，即使饋線2按如上原則配置接地保護(hù)，在此情況下也不能避免LC電壓饋線斷路器越級跳閘。

4 合理化建議

4.1 更改整個配電系統(tǒng)接地保護(hù)判據(jù)

LC斷路器越級跳閘根本原因是N線連通時(shí)的分流作用，現(xiàn)LC接地保護(hù)判據(jù)采用剩余電流原則? 時(shí)，N線電流的變化對接地保護(hù)的正確動作影響較大，建議將其更改為零序電流原則? ，使N線電流的變化不會影響接地保護(hù)的正確動作。

將接地保護(hù)改為零序電流原則 的具體方案：干變低壓側(cè)零序CT位置調(diào)整至N線和干變中性點(diǎn)之間[4];LC斷路器采用PR122電子脫扣器，通過菜單設(shè)置關(guān)閉中性線保護(hù)即可 ，對于LC饋線，還可通過取消外部N線傳感器實(shí)現(xiàn)[5];配置接地保護(hù)的MCC饋線回路只將A、B、C相穿過穿心CT即可，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整各接地保護(hù)定值。

4.2 重新調(diào)整保護(hù)配合關(guān)系

為實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性，可采取MCC饋線與其上級斷路器接地保護(hù)的配合[6]，即對原先未配置接地保護(hù)的MCC饋線回路，要求過流保護(hù)（包括反時(shí)限過流、速斷過流或定時(shí)限過流）與上級LC饋線的零序電流原則接地保護(hù)作配合，通常當(dāng)MCC饋線回路采用PR221時(shí)，其S/I定值調(diào)整范圍大可滿足要求，如不滿足要求，則對其增加零序原則接地保護(hù)。對本例中的饋線2（負(fù)載電流14A）可增加零序電流原則的接地保護(hù)，定值按躲過不平衡電流設(shè)定，其動作值遠(yuǎn)小于上級接地保護(hù)動作值126A，保證上下級全選擇性配合。

5 結(jié)語

本文通過分析三極雙電源切換裝置對循泵房配電系統(tǒng)電流路徑、保護(hù)整定計(jì)算和保護(hù)配合的影響，結(jié)合實(shí)例計(jì)算表明，MCC饋線發(fā)生單相短路（相線N線短路）時(shí)，存在MCC兩路LC電源饋線斷路器同時(shí)越級跳閘的情況。提出將整個配電系統(tǒng)接地保護(hù)由剩余電流判據(jù)改為零序電流判據(jù)，對未配置接地保護(hù)的MCC饋線，重新校核其過流保護(hù)與上級LC饋線接地保護(hù)的配合關(guān)系，如配合困難則對其增加零序電流判據(jù)的接地保護(hù)，通過這些措施，可有效避免MCC饋線故障導(dǎo)致越級跳閘故障。后續(xù)機(jī)組在設(shè)計(jì)階段，多電源配電系統(tǒng)承擔(dān)電源轉(zhuǎn)換功能的裝置，如ATS、LC母聯(lián)斷路器、就地控制箱中的接觸器切換電源裝置，應(yīng)避免出現(xiàn)兩路電源N線連通的情況，防止對保護(hù)的正確動作產(chǎn)生影響，也便于全廠配電系統(tǒng)保護(hù)整定原則統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)

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