火电厂低压厂用电系统接地保护误动问题分析.pdf

2 0 1 5 年第 3 3 卷第 2 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNER MONGOt I A ELECTRI C P0W ER 3l d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 6 2 1 8 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 0 3 火 电厂低 压厂 用电系统接 地保 护误 动 问题 分 析 袭奂毅 。 王青春 ， 郭凯 内蒙古京隆发电有限责任公司， 内蒙古 乌兰察布0 1 2 1 0 0 摘要 针对某火电厂低压厂用 电系统接地保护误动 问题 ， 分析主要原 因为零线、 接地线混j 用 。 剩余 电流互感器接线不正确 ， 三极 断路 器设置不 当对剩余 电流产生影响以及部分保护整 定不合理 ， 对此采取 了规范零线、 接地线使 用， 正确连接剩余 电流互感器 ， 将 配置不 当的三极 断路 器改为四极断路 器以及核算保护定值的措施。实施后校验保护合格 ， 再 未发 生保护误动i 情况 ， 提 高了厂用电系统的可靠性。 。 关键词 低压厂用电系统 ； T N S系统； 接地保护 ； 剩余 电流； 四极断路器； 保护灵敏度 j 文献标志码 B 中图分类号 T M7 7 4 ． 1 j 文章编号 1 0 0 8 6 2 1 8 2 0 1 5 0 2 0 0 3 1 0 4 An a l y s i s o f Gr o u n d i n g P r o t e c t i o n Mi s o p e r a t i o n o f L o w- v o l t a g e Au x i l i a r y Po we r S y s t e m i n Po we r Pl a n t X I H u a n y i ，WAN G Q i n g c h u n ，G U O K a i I n n e r Mo n g o l i a J i n g l o n g E l e c t r i c P o w e r Ge n e r a t i o n Co ． ， L t d ． ，U l a n c h a b 0 1 2 1 0 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e f o c u s e d o n g r o u n d i n g p r o t e c t i o n mi s o p e r a t i o n f o r t h e l o w v o l t a g e s y s t e m i n a p o w e r p l a n t ．T h e ma i n c a u s e o f g r o u n d i n g p r o t e c t i o n mi s o p e r a t i o n w a s t h a t t h e z e r o wi r e wa s mi x e d wi t h g r o u n d wi r e ， t h e r e s i du a l c ur r e n t t r a n s f o r me r wa s i n i nc o r r e c t wi r e c o n n e c t i o n ， t h e i mp r o p e r i n fl u e n c e o f t h r e e p o l e s wi t c h e s ， a n d s o me r e a s o n a b l e p r o t e c t i o n s e t t i n g ．Me a s u r e s b a s e d o n t h e s t a n d a r d u s e o f t h e n e u t r a l a n d g r o u n d i n g wi r e s ， t h e r e s i d u a l c u r r e n t t r a n s f o r me r ，a n d t h e i n n o v a t i v e i n s t a l l a t i o n o f f o u r - p o l e s wi t c h e s we r e p u t f o r wa r d t o i mp r o v e t h e r e l i a b i l i t y o f t h e p o we r s y s t e m． Ke y wo r d sl o wv o l t a g e a u x i l i a r y p o we r s y s t e m； TN-S s y s t e m； g r o u n d i ng p r o t e c t i o n； r e s i d u a l c u r r e n t ，f o u r po l e c i r c u i t br e a k e r ；p r o t e c t i o n s e n s i t i v i t y l 问题的提出 内蒙古京隆发电有 限责任公 司 以下简称京隆 公 司 在基建调试 过程 中， 低 压厂用 电框架断路器 AB B 中国 有 限公司生产 接地保护功能出现保护 误动情况。经分析 ， 认 为电气一次 系统接线不满足 框架断路 器保护 的原理及使用要求 ， 电气一次 系统 断路器极数选择存在问题 ， 部分 N线 零线 、 P E线 接地线 混用导致保护存在拒动或误动隐患， 被迫 退 出该项保护 。若负荷发生接地短路故 障， 则可能 发生线路越级跳闸事故 。 为解决上述问题 ， 需对低压厂用电一次系统进 行设计优化和技术改造， 分析剩余电流保护应用的 注意事项 ， 以便提高低压厂用电系统的供 电可靠 性 ， 确保机组安全稳定运行 。 2 低压厂用电系统及接地保护原理 2 ． 1 三相五线制T N S系统 京 隆公 司 低压 厂 用 电系统 采 用 三相 五 线制 f 收稿 日期】2 0 1 4 1 1 - 0 2 ； [ 修改 日期】2 0 1 5 一 O 1 一 l 3 【 作者简介】袭奂毅 1 9 8 2 ， 男， 吉林人， 学士， 程师， 从事继电保护工作。 3 2 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 5 年第3 3 卷第2 划 T N S 接地方式。T N S 系统装置的外露导 电部分采 用保护线与接地点连接 ， 1 点直接接地 ， 整个系统的 保护线与中性线分开u ， 系统接线图见图1 所示。 1． 1 I I l r 一． _ _ - i 一_ 1 I ； ； 5一占 ～ L 电源接地点 外露导电部分 图1 京隆公司T N S 系统接线图 2 ． 2 剩余电流型接地保护原理 火 电厂低压厂用电系统广泛使用框架断路器 ， 配置脱扣器保护 ， 其保护有 长延时过流 、 短延时过 流 、 瞬时过流及接地故 障保护。接地保护功能是通 过电流传感器检测 N线电流与三相 电流的矢量和是 否为0 来判断系统有无剩余电流产生。当保护范围 内发生接地故障时 ， 电流的矢量和不为0 ， 当达到保 护设定值时， 保护动作 ， 经过延时跳闸切除故障 。 在正常运行情况下， 电路未发生接地故障或设 备漏电时 ， 通过电流互感器的电流矢量和等于 0 ； 当 电路 中发生设备 漏 电或故 障接地时 ， 产生接地 电 流 ， 通过互感器 的电流矢量和不等于0 。然而 ， 因为 受到线路正常泄漏电流和电流互感器测 量误差 的 影响， 实际情况下剩余电流并不为0 。通常剩余电 流保护继 电器动作特性 曲线采用反时限， 设定剩余 电流保护继电器动作 电流值时 ， 考虑正常情况下线 路的泄漏 电流与电流互感器测量误差 ， 使剩余 电流 动作保护继电器在正常情况下不会误动作 。 3 保护误动原因分析及采取的措施 3 ． 1 N线、 P E线混用 经现场 检查测试 ， 京隆公 司部 分 P C段 N线与 P E 混接 ， 不满足剩余 电流型保护的原理及使用要 求 。当系统发生接地故障时， 故障 电流不能按正确 路径流 回变压器中性点 ， 致使保护装置检测结果存 在偏差 ， 存在发生接地保护误动或拒动的可能性。 采取 的措施 普查全厂低压厂用 电4 0 0 V系统 的N线 、 P E 线接线情况 ， 对配电段零线端子排 N 排 不规范 、 重复接地 ， N线 、 P E线混接的情 况做好 记录。在机组检修设备停电时， 对发现的问题进行 了整改 ， 将动力 、 控制 回路用 的 N线接入零 线端子 排 ， 将盘柜 、 装置等用的 P E线接人地线端子排 P E 排 。整改后测试N线回路， 没有杂散电流； 发生接 地故障时， 故障电流能按正确路径流回变压器巾性 点 。 3 ． 2 剩余电流互感器接线不正确 框 架断路器脱扣 器控制单元 的接地保护外接 专用 电流互感器 ， 用于检测 中性线 电流。经检查 ， 有部分电流互感器极性不正确 ， 存在接地保护误动 或拒动 的可能性 。 应通 过试 验验证 框架断路器外接 电流互感器 极性与内置电流互感器极性是否相同， 如断路器为 上进线接线方式 ， 内置电流互感器 P 1 侧为负荷侧 ， P 2 侧 为电源侧 ， 则外置 电流互感器 P 1 侧连接 负荷 侧 ， P 2 侧连接 电源侧 ； 如断路器为下进线方式 ， 内置 电流互感器P 1 侧为电源侧， P 2 侧为负荷侧 ， 则外置 电流互感器P 1 侧连接电源侧， P 2 侧连接负荷侧 。 当外接 电流互感器极性接反时 ， 若有不平衡 电 流流过 ， 流过 相线 的电流和流过 中性线 的 电流 I 亩 I 相 ， 造成不平衡 电流矢量和不为零 约 为不平衡 电 流的2 倍 ， 该叠加 电流达到接地保护定值 ， 会造成 接地保护误动作。 采取的措施 普查全厂低压厂用 电4 0 0 V系统 剩余 电流型保护外接电流互感器接线情况 ， 对接线 错误的装 置做好记 录 ， 在机组检修设备停 电时 ， 对 发现 的问题进行了整改 ， 将外接电流互感器与 内置 电流互感器同极性安装 。整改后 ， 当有不平衡负荷 电流流过时 ， 未发生误检测零序电流的情况。 3 ． 3 三极断路器配置不当影响剩余电流保护 京隆公司P C配电段进线断路器 、 母联断路器和 双电源切换断路器均为三极断路器， 存在接地保护 误动或拒动的可能性。 3 ． 3 ． 1 母联断路器极数对剩余 电流保护的影响 母联 极断路器合 闸、 分闸时剩余 电流回路如 图2 所示。当P C A段进线断路器合闸， P C B 段进线 断路器分 闸， 母联断路器 合闸时 ， 母联断路器若采 用三极 断路器 ， 则 A点与 B点连接 ， 中性 电流 ， 『， 在 A 点将分为， n 。 和 ， n 两路 电流。由于 ， 的分流 ， 则流过 P C A段进线断路器 的电流矢量和不为 0 ， 当 足够 大时， 可使P C A段进线断路器脱扣 。为了避免 由于 2 台变压器 中性线相连接 ， 引起中性 电流分流 ， 导致 进线断路器误动作， 母联断路器应为四极断路器。 当 2 台变压器进线断路器合闸 ， 母联断路器分 闸时 ， 母联断路器若采用三极断路器 ， 由于 A点与 B 点有电位差 ， 2台变压器 中性线 电流相差越大 ， 则 A 点与 B点 电位差越大 ， 产生如 图2中红色虚线框所 2 0 1 5 年第 3 3 卷第2 期 袭奂毅， 等 火电厂低压厂用电系统接地保护误动问题分析 3 3 L2 “ z T 1j 一 一． 乙 ， _ ； i L。 ‘ k C 上 如 f C t ‘ c I 2 Q F 、 1 QF 、 、 、 、 剩 剩 l 余 余 。 I I 电 ● l I 电 I ‘ ● 流 1 _ { ● 流 l 保 I l I 保 上 护 上 护 f 3 0 ， 露可导电部分 - 2 ． ／ J - 接 删 F一_ 1 l I ， 』 Ⅱ 2 I L 五 A I l B 墼 日电设备 1 1 ． ● 图中 一合 闸； 一分闸 图2 母联三极断路器合闸、 分闸时剩余电流回路 示 的中性 电流环流 ， 中性 电流环流使 A点与 B点 电 位差为 0 。中性 电流环流使流过 P C A段 和 P C B段 进线断路器处 的电流矢量和不 为0 ， 环流足够大时 ， 可使 P C A段和 P C B段进线断路器脱扣 。 为了避免 由于 2台变压器 中性线相连接 ， 引起 中性 电流分流 ， 导致进线断路器误动作 ， 母联断路 器极数应为四极。 3 ． 3 ． 2 进 线 断路 器极 数 对剩 余 电流保 护 的影 响 当 P C A段进线断路器 分闸 ， P C B段进线断路 器及母联断路器合闸时 ， 中性 电流 ， n 在 A点 ， 分为 ， n 和， n 两路电流 。因 的分流作用 ， 流过 P C B段进线 断路器 的中性电流减少 ， 流过保护单元 的电流矢量 和不为0 ， 当， n 足够大时 ， 可使 P C B段进线断路器跳 闸。因为 P C A段进线断路器 为三极断路器 ， 2 台变 压器 中性线连接产生分流 ， 导致 P C B段进线断路器 误动作 ， 进线断路器极数应为四极。 进线 断路 器为三极断路 器时剩余 电流 回路 如 图 3 所示 ， 接地故 障电流 ， f 经保护接地极 见 和工作 接地极 风到达变压器 中性点接地母排 。 在 中性点 接地母排处分为， f。 和如两路电流， ， f 经P C A段中性 线 、 1 号进线断路器中性线连接器 、 A点和 B点 、 P C B 段进线断路器中性连接器 ， 在 P C B 段 中性点与 汇 合成 ， f 。因P C A段进线断路器为三极断路器 ， 分流 产生 ， f l ， 流过保护单元 的 电流矢量和减小 ， 使 P C B 段进线断路器可能存在拒动 。若 P C A段进线断路 器改为 四极断路器 ， 使其不产生分流 ， ， r 流经 P C B段 进线断路器 ， 流过保护单元 的电流矢量和使接地保 护正确动作 ， 其相应断路器脱扣。 3 ． 3 _ 3采取 的措 施 利用剩余电流保护P C 进线断路器、 母联断路器 和双 电源切换断路器 时 ， 应采用 四极断路器 ， 能有 效消除杂散 电流 ， 利于系统 隔离和单相接地短路保 护 的配 置 。 在新增配电设备 中母联断路器 、 MC C进线双 电 源切换 断路器选用四极断路器进行试验 ， 防止运行 中环流的产生 ， 避免在接地故障发生时接地保护不 正确动作 。整改后测试零线 回路 ， 没有杂散 电流 ； 模拟试验发生接地故障时， 故障电流能按正确路径 流 回变压器 中性点。 3 ． 4 保护整定不合理 京隆公司P C、 MC C配电段部分下级末端负荷未 配置接地保 护 ， 只有过流脱扣器 。发生接地故障时 由于部分断路器过流保护灵敏度不够 ， 不能及时切 除故障 ； 上级断路器配置 的接地保护装置检测到故 障电流达到定值时将动作跳闸， 虽然切除了故障， 但越级跳闸扩大了停电范围。 采取 的措施 逐段重新核算低压断路器保护定 值 。按照低压厂用 电保 护配置原则 ， 使负荷断路器 本身速断保护或零序保护与上级断路器的零序保 护相配合 ， 满足接地故障时继电保护的选择性 ， 从 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 I 5 年第3 3 卷 2 厶 “ 如 、 t 2 T ． P l ＼ 2 Q F q 住 剩 余 I f 电 L 一 ’ _ l ● ●一 -- -- 4 I 流 tl ’ l， ＼ ‘1 Q F { ＼ l ＼ 剩 I 蛐 I f l 余 l l l 电 - 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