抽水蓄能电站厂用供配电系统故障研究

王　昕

国网新源控股有限公司 电力检修分公司　北京　100868



抽水蓄能电站厂用供配电系统故障研究

王昕

国网新源控股有限公司 电力检修分公司北京100868

摘要：对某抽水蓄能电站上水库交、直流系统供电故障进行了分析，提出了解决方法，并针对该问题对地下厂房所有低压配电柜进行检查，消除设计、施工造成的缺陷和隐患，同时为其它蓄能电站出现类似问题提供了有益参考。

关键词：蓄能电站; 交直流系统; 系统故障

Abstract:Proposed a solution based on the analysis of the malfunctions involving AC and DC power system in a head reservoir of a pumped storage station and check all low voltage distribution cabinets in underground powerhouse against the malfunctions to eliminate any defects and hidden dangers caused by design and construction, in the meantime it will provide a useful reference for similar problems at other storage power stations.

Key Words:Storage Power Station; AC/DC System; System Malfunction

某抽水蓄能电站配有10kV、400V交流供电和220V直流供电系统，分段运行，互为备用，分别给上水库、下水库和地下厂房设备供电。该蓄能电站400V的厂用电系统，除照明供电回路外，均为TN-C系统(如图1所示)，中性线N和PE线合并为PEN线，在三相负载不平衡时，PEN线上有电流。因此，所采用的保护装置要得当，当单相短路电流大于整定电流的1.5倍时，应能迅速动作。另外，PEN线应有足够大的导线截面积。该接线方式最明显的作用是迅速切断故障和限制电压，具体表现为： ① 在单相短路故障时，短路电流越大，保护装置动作越快，反之动作越慢，短路电流为Id=U/Z，表明单相短路电流取决于配电系统电压和相零线回路阻抗；② 当一相发生接地故障时，接地电流I经故障设备的接地电阻Rd和工作接地电阻R0构成回路，并引起各相对地电压发生变化，当R0≤4Ω时，中性点位移电压受到限制，即可把中性点(零线)对地电压Und限制在50V以下，此时未接地两相对地电压不会超过250V，即被限制在低压范围内。

图1　TN-C系统

1故障现象

蓄能电站厂用供配电系统曾出现过多次故障，其故障情况记录如下。

故障一。上水库2号变压器10kV进线开关跳闸，报警信息为“变压器温度故障”，经检查是由于上库直流系统2号充电模块烧损引起直流电源负母

线接地所致。更换新的充电模块后，绝缘对地正常，此时负母线对地约为-89.6V，正母线对地约为126V，在正常运行变化范围内。

故障二。上水库再次出现直流系统接地故障，经检查系上水库直流系统1号充电模块所引起，拔出充电模块后，直流系统接地故障消失，此时负母线对地约为-89.6V，正母线对地约为126V，充电模块能正常运行。

故障三。断开T2变压器低压侧开关，测量该开关进线电压，发现所测得的电压值和表1中 400V Ⅰ母进线各相测量值均相似，而不为零。

故障四。在进行T2变压器隔离过程中，断开T2变压器高、低压侧开关，合上了高压侧地刀后，用万用表测量时发现Ua、Ub和Uc及中性点Uo对地电压为230V左右，而不为零。

2故障查找

检查直流充电系统的交流输入电源，发现电源存在电压异常偏高和三相不平衡，根据以往经验推测，该问题为直流系统的交流输入过压整流的R-C吸收回路存在电阻或者电容击穿，从而引起交流输入电源的不稳定。在断开直流系统两路交流输入电源后，发现问题仍然存在，需要排除该类故障。由此对交流输入电源回路进行了查找，测量了400VⅠ、Ⅱ母进线的2路直流充电输入端的三相交流回路，发现问题仍然存在。再对上水库两台变压器低压侧400V配电柜三相进线进行测量检查，发现存在表1中问题，即三相系统对N正常，对地不正常，其中B相对地电压几乎为零，可以得出B相有接地故障存在。

表1　上库400VⅠ母进线和Ⅱ母进线电压实测值

3故障分析

3.1　进线电压实测值分析

该蓄能电站400V厂用电系统除照明供电回路外，均为TN-C系统，即400V变压器低压侧为三相四线制，PE保护地线和N工作零线在400V低压配电柜进行合并接地。造成表1所示的三相系统电压不正常是由于中性点电压偏移所致，引起该故障的原因为中性点工作零线未和保护地线合并，也未与配电柜连接接地，属于IT系统(变压器低压侧中性点不接地和保护接地系统)。由于故障点B相接地，引起中性点对地电压不为零，由IT配电系统图和B相接地向量图(如图2)可知，B相与地形成的电压方程为：

图2　IT配电系统及B相接地向量图

UB′=UB+UO′=0

(1)

此时中心点对地电压为：

UO′=-UB

(2)

其它两相对地电压：

(3)

(4)

在正常运行条件下，三相对地电容对称，三相电容的电流之和为零。在发生单相接地的情况下，如B相接地，流过接地点的接地电流Id为：

Id=-(IBA+IBC)=-(jωCUA+jωCUC)

(5)

式中： C为电容值。

将式(3)、式(4)代入式(5)，得：

Id=-3jωCUB

(6)

由上述分析可知，当B相发生接地时，中性点对地电压升高为相电压，而非故障的A相和C相对地电压升高为线电压，但三相线电压不变。因此，只要各相对地绝缘能够承受线电压，发生单相接地时对三相用电设备的运行无影响，这是中性不接地系统的一大优点，该类供电系统可靠性高，同时由于一相接地时，不能构成短路回路，系统中没有短路电流，系统仍可继续运行。

3.2　故障四的分析

根据400V系统接线图(如图3所示)可知，当断开变压器T2高压侧开关及低压侧开关2时，该台变压器即停电，此时合上400V母线开关，1母带2母供电，由于变压器T1和T2的中性点未引出接地且400V开关为三相开关，无法断开中线，因此两台变压器中性点连在一起且未断开，故在被隔离的变压器T2的低压侧有感应电压。

图3　400V系统接线图

4故障结论及处理方法

针对上述描述和相关数据，得出以下结论。

(1) T1和T2变压器低压侧、400V配电柜或馈线电缆均有存在B相接地点的可能，查找接地点需要同时将两台变压器隔离，两段400V开关、中性点分开，以防止隔离一台变压器时，感应电压引起人身触电危险。

(2) B相接地时，中性点对地电压升高为相电压，而非故障的A相和C相对地电压升高为线电压，但三相线电压不变。出现该现象的主要原因为故障的中性点未进行接地，即该系统不是设计所要求的TN-C系统(三相四线制，工作零线和保护零线合一的变压器接地系统)，而属于IT系统。

(3) 上水库两台变压器低压侧的工作零线未接地，同时400V配电柜的工作零线和保护零线也未进行合一，致使400V进线开关未达到动作电流，不能切除故障，该供电方式下运行会造成设备损坏,严重时将引起变压器的事故，可能发生火灾。同时在发生单相接地且不被切除时，会影响设备的绝缘寿命，如若接地点发生在配电柜处，又因配电柜的接地电阻较大，若有人碰到配电柜外壳，将会发生人身触电的事故。

(4) 根据上水库配电系统的接线方式，检查了地下厂房除照明变压器及照明系统外的所有 400V 供配电系统，400V低压侧的工作零线和保护零线均未合一接地，均存在上述危险情况，严重影响厂用电系统和设备的安全运行，并对运行和维护人员的人身安全构成较大威胁。

根据电站故障分析与总结，提出了如下具体处理方法。

(1) 逐步分区域对上水库变压器、出线场和尾水变压器系统、厂内公用变压器、自用变压器和下水库大坝变压器及其对应的400V配电柜进行整改，使之达到设计规范要求的TN-C系统，切实保护工作人员的人身安全。

(2) 经检查，故障系上水库库地廊道的B相电缆接地而引起，故将该B相电缆断开，仅用A相、C相供电。

中图分类号:TM64

文献标识码:B

文章编号：1674-540X(2015)02-009-03

作者简介：王昕(1974-)，女，本科，高级工程师，主要从事抽水蓄能电站设备检修管理工作，E-mail: woyian@163.com

收稿日期：2015年3月