水电厂厂用电低压断路器保护系统设计研究 —东江水电站低压400V系统断路器保护核算

朱彦斌

摘要：水电厂厂用电低压断路器保护系统是电站低压系统配置的重要内容，但常常没有得到应有的重视。尤其对于大型水电厂厂用电系统，合理的配置厂用电低压断路器保护系统，对电站的安全运行具有重要意义。文章以湖南东江水电站为例，针对厂用电低压断路器保护系统的配置与定值进行了核算与探讨。

关键词：低压断路器保护；低压短路电流计算；低压单相接地保护；断路器短延时保护

本文以湖南东江水电站为例，通过低压系统短路电流计算进行了断路器保护动作验算，最后提出改进建议。

1、系统情况及主要设备参数

2、短路阻抗计算

2.1 按《工业与民用配电设计手册》【1】（以下简称手册）第四章第五节低压网络电路元件阻抗的计算，变压器阻抗折算至400V侧的有名值：XB=阻抗电压乘以低压侧额定电压的平方/变压器容量=（8/100）×（0.4×0.4/0.8）=0.016Ω=16mΩ。

2.2查手册表4-23，SCB9型Yyn0变压器零序阻抗约为正序阻抗的将近5倍，估算为XB（0）=4.8×0.016Ω。

2.3系统归算至400V侧阻抗和母线阻抗经测算较小，估算合计为1mΩ。

2.4按120平方毫米电缆电阻率0.154毫欧每米计算，电缆总电阻约为0.154×（48+17）=10mΩ。

3、 短路电流计算

3.1按手册公式（4-54），厂用变低压侧400V母线上三相短路电流Id（3）=230V/短路点零序阻抗=230V /变压器阻抗与系统母线阻抗之和=230V/（0.016+0.001）Ω=13.5kA。

3.2按手册公式（4-55），估算厂用变低压侧400V母线上单相接地或接零短路电流Id（1）=220V/短路点零序阻抗=220V/（4.8×0.016）Ω=2865A。

3.3检修泵电机接线盒处三相短路电流=230V/（0.017+0.01）Ω=8519A。

4、断路器短路保护动作情况

4.1三相短路时：检修泵电机断路器的瞬时动作电流为10倍的额定电流即200×10A，则动作灵敏系数为8519/2000远大于《水力发电厂厂用电设计规程》[2] 8.2.9条规定的1.3倍，满足速动灵敏性绰绰有余。经计算三相短路时，各级断路器瞬时脱扣动作保护值满足速断灵敏性要求。

厂变低压侧断路器短延时整定值：3×1600A；0S，瞬时动作整定值：15×1600A。不仅时间上0S无法与下级断路器配合满足选择性，数值上3×1600A也小于下级的瞬动值10×630A。不满足上下级断路器选择性动作的要求。

4.2、单相短路时：当低压400V母线上400A负荷开关出口发生单相接零或接地故障时，对应的开关速断电流4000A大于单相接地故障电流2865A；厂用变压器低压侧进线开关短延時脱扣整定值4800A也大于单相接地故障电流2865A；二者皆不能快速动作，需越两级由厂变低压侧零序电流保护（1000A；0S）来跳厂变高压侧的发电机出口13.8Kv分支开关，造成近区变也同时停电，严重扩大了停电范围。

5、建议

5.1定值调整建议：经计算厂变低压侧进线断路器的单相故障保护自己不能实现，由厂变低压侧零序保护来实现。为了实现与下级在两相和三相故障时的选择性，将其长延时脱扣电流按保护厂变过负荷Ir（厂变额定电流1150A）取1300A，依手册十一章第六节其短延时值按与下级最大额定电流断路器的瞬时脱扣电流630×10A配合，即短延时值的倍数n满足nIr>1.2×6300，短延时时间按与下级动作时间配合而定。短延时值调大在现有的三相及两相短路电流水平上依然足够满足动作灵敏性。

5.2近期改造断路器建议：将厂变低压进线侧断路器改为带接地故障保护型的，接地故障保护整定值为1000A；待更换完成后将厂变低压侧零序电流保护值略微调高，同时取一定的延时时间值。如此则低压侧接地或接零保护动作值情况不改变现状，又实现了上下选择性不致造成近区变同时停电。

5.3远期变压器更换时建议：针对单相接地短路电流水平实在太低，同时也是按《水力发电厂厂用电设计规程》[2] 5.3.4条的建议，未来更换厂变时必须将变压器接线型式由Yyn改为Dyn型。

参考文献：

[1]中国航空工业规划设计研究院编.《工业与民用配电设计手册》[M].第三版.北京：中国电力出版社，2005.

[2]NB/T 35044—2014，《水力发电厂厂用电设计规程》【S】.

（作者单位： 国网湖南水电分公司）