李 楠

(華電電力科學(xué)研究院有限公司東北分院，遼寧 沈陽(yáng) 110179)

1 發(fā)電廠6 kV/10 kV廠用高壓系統(tǒng)接線方式

電廠廠用高壓系統(tǒng)在滿足單相接地繼電保護(hù)可靠性和過(guò)電壓絕緣配合的前提下，為防止弧光過(guò)電壓及諧振過(guò)電壓，一般采用中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式，系統(tǒng)接線方式如圖1所示。高壓廠用變壓器及啟動(dòng)備用變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，低壓側(cè)繞組經(jīng)共箱母線引接至6 kV/10 kV廠用高壓母線。

圖1 電廠6 kV/10 kV廠用一次系統(tǒng)

2 高壓廠用電源單相接地故障時(shí)的保護(hù)配置及整定原則

廠用高壓系統(tǒng)單相接地保護(hù)應(yīng)按與廠用負(fù)荷單相接地保護(hù)最大動(dòng)作電流定值及時(shí)間定值進(jìn)行配合整定。母線系統(tǒng)接地故障如果僅考慮廠用母線接地故障(故障點(diǎn)1)，則進(jìn)線斷路器與低壓側(cè)繞組連接共箱母線接地故障(故障點(diǎn)2)存在死區(qū)，因此需要配置零序過(guò)流Ⅱ段保護(hù)，如圖2所示。

圖2 火力發(fā)電廠6 kV/10 kV廠用系統(tǒng)母線接地故障

根據(jù)DL/T 1502—2016《廠用電繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》，高壓廠用變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，低壓側(cè)單相接地保護(hù)出口方式為零序過(guò)流保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作跳本分支斷路器、閉鎖備用電源切換；零序過(guò)流保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作停機(jī)、啟動(dòng)備用電源切換[1]。由于零序過(guò)流保護(hù)Ⅰ段與零序過(guò)流保護(hù)Ⅱ段保護(hù)范圍不同，因此2段保護(hù)出口不同。

3 高壓廠用電源接地故障時(shí)廠用電源切換存在的問題

當(dāng)廠用電源發(fā)生電氣系統(tǒng)故障，廠用電快切裝置切換電源時(shí)，一般伴隨出現(xiàn)比較復(fù)雜的情況，根據(jù)故障類型不同、故障切除時(shí)間差異等因素都將直接影響著廠用電快切裝置的切換動(dòng)作和結(jié)果，甚至造成電源切換失敗[2]。當(dāng)發(fā)電廠廠用高壓變壓器中性點(diǎn)采用經(jīng)電阻接地的運(yùn)行方式時(shí)，如果高廠變低壓繞組至廠用分支進(jìn)線斷路器間的母線發(fā)生接地故障時(shí)(如圖2所示)，由于故障點(diǎn)不在廠用高壓母線上，因此廠用電源應(yīng)切換至備用電源進(jìn)線，保障發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)。但目前存在的主要問題是廠用高壓電源無(wú)法通過(guò)廠用電切換裝置自動(dòng)切換至備用電源，從而導(dǎo)致全廠失電。

4 原因分析

4.1 廠用零序過(guò)流保護(hù)導(dǎo)致的廠用電源切換失敗的原因分析

根據(jù)零序過(guò)流保護(hù)出口跳閘矩陣，當(dāng)高壓廠用變壓器低壓側(cè)至分支斷路器間共箱母線發(fā)生接地故障時(shí)，分支零序過(guò)流保護(hù)Ⅰ段先動(dòng)作，出口動(dòng)作跳本分支斷路器、閉鎖廠用快切裝置，但此時(shí)故障點(diǎn)依然存在。經(jīng)過(guò)零序過(guò)流保護(hù)Ⅱ段延時(shí)，零序過(guò)流保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作，保護(hù)動(dòng)作機(jī)組全停，啟動(dòng)廠用電快切。此時(shí)故障點(diǎn)切除，但是由于 “閉鎖快切裝置”信號(hào)在故障點(diǎn)切除前并沒有返回，如圖3所示，因此分支零序過(guò)流Ⅱ段出口“啟動(dòng)廠用電源切換”無(wú)法正常啟動(dòng)廠用電源切換，最終導(dǎo)致廠用電源失電，影響機(jī)組的安全停機(jī)。

圖3 高廠變低壓繞組至分支斷路器接地故障時(shí)零序過(guò)流保護(hù)出口動(dòng)作特性

4.2 廠用電快切裝置邏輯和分支零序過(guò)流保護(hù)無(wú)法配合的原因分析

廠用電源切換按啟動(dòng)原因分類主要分為正常手動(dòng)切換、事故自動(dòng)切換、不正常情況自動(dòng)切換。不正常情況切換主要分為母線失壓和工作電源開關(guān)誤跳。廠用電快切裝置為防止備用電源誤投入故障母線，保護(hù)裝置可以給出閉鎖廠用電源切換接點(diǎn)[3]。如果該接點(diǎn)閉合，裝置將自動(dòng)閉鎖出口回路，發(fā)裝置閉鎖信號(hào)，并且需要人工手動(dòng)發(fā)出復(fù)歸信號(hào)，否則裝置將保持閉鎖狀態(tài)。但對(duì)于后備失電的裝置閉鎖，當(dāng)后備電壓恢復(fù)時(shí)，裝置不必經(jīng)人工復(fù)歸即可解除閉鎖[4-6]。廠用電源切換邏輯如圖4所示。

圖4 廠用快切裝置事故切換邏輯

綜上所述，當(dāng)高壓廠用變壓器低壓側(cè)至分支斷路器間共箱母線發(fā)生接地故障時(shí)，由于分支零序過(guò)流保護(hù)Ⅰ段先動(dòng)作，首先閉鎖廠用快切裝置。當(dāng)快切裝置閉鎖后需要手動(dòng)復(fù)歸，因此當(dāng)分支零序過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作出口啟動(dòng)快切時(shí)，快切裝置已經(jīng)無(wú)法啟動(dòng)。這同樣將導(dǎo)致廠用電源消失，6 kV/10 kV所有重要負(fù)荷全部失電，給機(jī)組的安全停機(jī)造成較大的安全隱患。

5 改進(jìn)方法

a.修改發(fā)變組保護(hù)出口矩陣。當(dāng)發(fā)變組保護(hù)分支零序過(guò)流保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作時(shí)，修改發(fā)變組出口跳閘矩陣，將啟動(dòng)廠用快切信號(hào)修改為合廠用備用進(jìn)線斷路器指令，同時(shí)為防止零序過(guò)流保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作后進(jìn)線斷路器未跳開，應(yīng)將進(jìn)線斷路器的常閉觸點(diǎn)串入合廠用備用進(jìn)線斷路器指令，防止備用電源合于故障上。

b.修改廠用電快切裝置的切換邏輯。通過(guò)修改廠用電快切裝置的閉鎖條件邏輯，可以在零序過(guò)流保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作時(shí)完成廠用電源的切換。其閉鎖條件邏輯增加一個(gè)附加條件并增加相應(yīng)的開入回路，即當(dāng)零序過(guò)流保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作時(shí)，可以強(qiáng)制開放廠用電源切換出口，不需要進(jìn)行快切裝置的人工手動(dòng)復(fù)位操作。

c.在分散控制系統(tǒng)中增加廠用電源切換邏輯功能，用以解決廠用分支零序Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)的廠用電源切換。切換邏輯主要包括快切裝置及保護(hù)判斷邏輯、斷路器位置判斷邏輯和模擬量判斷邏輯3個(gè)主要邏輯。切換邏輯設(shè)置投入退出功能，機(jī)組檢修期間人為退出切換邏輯?？烨醒b置及保護(hù)判斷邏輯用于判斷廠用分支零序動(dòng)作情況以及廠用快切裝置閉鎖信號(hào)；廠用電源斷路器位置判斷邏輯用于判斷當(dāng)進(jìn)線斷路器和備用進(jìn)線斷路器同時(shí)處于分位狀態(tài)時(shí)，切換邏輯功能可用，當(dāng)切換完成后，備用進(jìn)線斷路器處于合位狀態(tài)，切換邏輯自動(dòng)退出運(yùn)行。模擬量判斷邏輯用于當(dāng)進(jìn)線斷路器跳閘失敗且位置接點(diǎn)故障的狀態(tài)下，防止備用電源合于故障點(diǎn)的功能。當(dāng)3個(gè)主要邏輯全部滿足條件，廠用電源切換動(dòng)作，完成故障狀態(tài)下的廠用電源切換功能，邏輯框圖如圖5所示。通過(guò)此保護(hù)邏輯，不但可以保證當(dāng)發(fā)變組分支零序Ⅱ段動(dòng)作時(shí)廠用電源的可靠性，同時(shí)可以避免此保護(hù)邏輯出口的誤動(dòng)作。

圖5 通過(guò)分散控制系統(tǒng)對(duì)備用進(jìn)線斷路器進(jìn)行合閘操作邏輯

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)廠用快切裝置邏輯與DL/T 1502—2016《廠用電繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》關(guān)于分支零序Ⅱ段出口要求存在不配合的問題，分析了保護(hù)在動(dòng)作過(guò)程中可導(dǎo)致的主要后果。通過(guò)提出的3種主要改進(jìn)方法，可以完全解決在特殊情況下無(wú)法通過(guò)廠用快切裝置對(duì)廠用電源進(jìn)行自動(dòng)切換的問題，提高了廠用電源的可靠性，為機(jī)組安全停機(jī)提供了保障。