火电厂厂用配电变压器低压侧零序保护动作分析与处理

高雪峰，常新海，曹 强

（酒钢（集团）能源中心，甘肃嘉峪关 735100）

1 事件经过

2015年9月19日，某电厂电气检修人员因1#炉本体38 m层照明失电，在试投照明开关箱空气断路器过程中，1#照明变跳闸，1#炉本体照明全部消失。

1#照明变保护装置动作信息：2015.9.19 09:31:45保护启动，变压器低压侧单相接地保护动作，变压器跳闸；低压侧零序动作电流0.19 A，动作时间708 ms。

2 电厂照明系统设计及保护配置

该电厂4台350 MW机组设计均为发-变-线单元机组，低压厂用电源采用400 V中性点直接接地系统，每台机组设1台容量400 kVA的照明变，供本机组照明负荷。图1为系统接线图。

照明变配置WDZ-5242综合保护装置，具有速断保护、过流保护、高压侧零序保护和低压侧零序保护等功能，低压侧零序保护采用通过在变压器低压侧中性线上装设的专用零序CT来实现。

照明变铭牌参数及CT配置：型号SCB10-400/10，接线组别Dyn11，短路阻抗UD=4.5%,高压侧额定电流21.99 A，低压侧额定电流577.37 A；CT变比50/1，高压侧零序CT变比150/5，低压侧零序CT变比800/1。

照明段负荷利用空气断路器固有保护功能，负荷开关型号NSX100N，额定电流50 A，脱扣器D型脱扣曲线，电缆型号ZRC-YJLV22-0.6/1，电缆截面4×10 mm2，电缆长度40～200 m不等。

照明箱负荷利用空气断路器固有保护功能，脱扣器C型脱扣曲线，空气断路器额定电流选用10 A、16 A、20 A、25 A 四种。

3 保护动作原因分析

图1 系统接线图

接地短路故障点如图1标示点④，保护装置动作时二次电流为0.19 A，一次值短路电流为0.19×800=152 A，大于变压器低压侧单相接地保护保护定值电流0.18 A（一次值144 A），短路持续时间大于动作时限0.7 s，满足保护动作条件导致变压器跳闸。

照明段支路断路器额定电流50 A，脱扣器为型号TM50D，选用D型脱扣曲线，故障时刻短路电流是断路器额定电流的3.04倍。图2为空气断路器时间-电流特性曲线图，根据图2D特性曲线，对应脱扣跳闸时间在1～10.5 s之间，即分支断路器在故障0.7 s时不跳闸。

图2 空气断路器时间-电流特性曲线图

照明箱断路器为C型脱扣曲线，空气断路器额定电流为16 A；故障时刻短路电流为断路器额定电流的9.5倍。根据图2C曲线,脱扣跳闸时间在0.01～1.1 s之间；照明箱分支断路器可能在变压器跳闸前（0.7 s）快速跳闸，但也存在慢于变压器（0.7 s）跳闸的可能；不能够确定满足保护动作的选择性要求。

综上分析，本次短路故障造成的保护越级跳闸，是由于上级保护与下级空气断路器配合没有达到选择性要求所造成的。

4 保护定值校核

原保护定值整定为低压侧单相接地保护电流0.18 A，动作时限0.7 s。按照取0.25倍变压器二次额定电流计算，可靠系数取1。

4.1 依据《工业与民用配电设计手册》[1]表7-3变压器的电流保护整定计算，低压侧单相接地保护（采用在低压侧中性线上装设专用零序保护），保护装置的动作电流应躲过正常运行时，变压器中性线上流过的最大不平衡电流。

式中，IOP·K——保护动作电流二次值；

Kre1——可靠系数；用于低压侧单相接地保护时（变压器中性线上装设零序CT）取1.2；

I2rt——变压器低压侧额定电流；

nTA——电流互感器变比；

0.25 ——系数。

4.2 依据《工业与民用配电设计手册》[1]表7-3说明，对于Y，yn0接线的变压器为25%，对于D，yn11接线的变压器可大于25%，一般取35%。

照明变低压侧单相接地保护定值确定为0.3 A（一次值240 A），动作时限0.7 s。

4.3 变压器低压侧单相接地保护为第一级接地保护（最上一级），直接保护变压器，该定值按保护变压器规定选取的最大值，不宜为满足选择性要求而增大电流及时间定值，应由下一级断路器的选型进行保护级差配合。

5 照明段分支断路器选择分析

依据《工业与民用配电设计手册》[1]表7-3保护装置动作电流应与低压出线上零序保护配合：

式中，Kco——配合系数；取1.1；

Iop·fz——低压侧分支上零序保护的动作电流，A。

式（2）说明上级接地短路保护动作电流需大于1.1倍的下级接地短路保护动作电流。

（1）查图2D曲线50 A断路器快速脱扣电流倍数为14倍（50×14=700 A），按公式2计算照明变低压侧单相接地保护定值的最小值为0.9625 A（一次值770 A），不符合选择性要求。

（2）查图2C曲线50 A断路器快速脱扣电流倍数为10倍（50×10=500 A），按公式2计算照明变低压侧单相接地保护定值的最小值为0.6875 A（一次值550 A），不符合选择性要求。

（3）查图2 B曲线50 A断路器快速脱扣电流倍数为5倍（50×5=250 A），按公式2计算照明变低压侧单相接地保护定值的最小值0.3438 A（一次值275 A）。与公式1计算结果0.303 A（一次值240 A）接近，基本符合选择性要求。

照明段各支路将断路器的脱扣器由D型脱扣曲线更换为等额定电流的B型脱扣曲线的脱扣器，另外照明变低压侧单相接地保护定值有0.7 s动作时限，满足选择性要求

6 照明箱分支断路器选择分析

按照上述同样的分析方法将照明箱分支断路器分析结果填入表1。

表1 照明箱分支断路器选择分析表

结论：照明箱分支断路器应选用不大于20 A的C曲线脱扣断路器。

7 改进措施

综合上述分析，进行以下改进方法可以满足选择性的要求：

（1）照明变低压侧单相接地保护定值整定为0.3 A(一次值 240 A)，动作时限 0.7 s。

（2）照明段支路断路器由D脱扣曲线更换为B脱扣曲线的额定电流相同的断路器（50 A）。

（3）将照明箱分支断路器大于20 A的支路拆分为两个小于20 A的支路。

8 结束语

火电厂厂用低压变压器是为厂用低压负荷供电的重要电源，变压器元件保护整定及相应供电系统的各级保护级差配合对于电厂的安全稳定运行具有非常重要的作用，一方面工程设计单位在设计和元件选型时应高度重视这一方面工作，另一方面，运行单位在基建完成工程投产前应认真对各级保护的级差配合进行详细的整定计算和校核，及时发现设计中存在的问题并进行纠正，这样才能保证电厂投产后的安全稳定运行。

[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.