浅谈400 V 负荷故障分析及保护定值整定计算

梁 刚，卢小琴，肖 闯，赵思意

（中国长江电力股份有限公司白鹤滩电厂筹建处，四川 凉山615499）

1 引言

继电保护是电力系统的第一道防线，当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，对保证系统的安全稳定运行起着非常重要的作用。分析继电保护装置的动作行为，找出事故（事件）的直接原因，提出风险防范及改进措施，是提高继电保护装置可靠性及运行管理水平的重要途径。

2 故障简介

某电站10 kV G01K01 馈线保护装置A 相定时限过流保护动作跳闸，断路器跳开，导致该馈线所带400 V 母线负荷全部失电。经现场检查发现，该400 V 母线上一台台车滑线器滑线错位，滑触线集电器卡死跳槽，且故障发生时，400 V 脱扣器401 及台车脱扣器4001 均未动作。台车滑线器电源接线图如图1 所示。

3 故障分析

3.1 10 kV 馈线保护装置动作分析

10 kV 馈线保护装置采用ABB 公司生产的REF615 K，配置有过负荷保护、定时限过流保护及速断保护，其整定值见表1。

故障时刻G01K01 保护装置故障波形，如图2所示，保护装置定时限过流启动时刻，A 相故障电流达到3.895 A（定值为3.47 A），启动后570 ms，保护逻辑跳闸出口，59 ms 后G01K01 断路器分闸到位。

图1 台车滑线器电源接线图

表1 G01K01 保护装置整定值表

图2 G01K01 保护装置故障录波图

从图2 可以看出，故障时A、C 相电流相位相差180°，且A 相电流约为C 相电流的2 倍（A 相3.895 A，C 相1.976 A，由于G01K01 保护装置CT 采用不完全星型接线方式，只采了A、C 相电流，B 相电流由A、C相合成，不能反映真实的B 相故障电流，故不予考虑），是典型的Dyn11 变压器y 侧ac 相相间短路故障，下面介绍一种利用变压器绕组特征[1]，通过绘图的方法来分析Dyn11 变压器故障电流的特征[2]，简便起见，下面假设：①忽略负荷电流；②电流方向从电源流向故障点为正；③变压器绕组间的变比为1。分析步骤如下：

（1）根据Dyn11 变压器连接组别，绘制出Dyn11变压器的绕组连接图，如图3 所示。

（2）当电源在D 侧，y 侧发生ac 相短路时，短路点-z 绕组-x 绕组形成回路，该回路有短路电流，而y 绕组无电流，绘制出y 侧电流。

（3）根据变压器绕组电流传变特性绘制出D 侧绕组电流，同样为X、Z 绕组有短路电流，而Y 绕组无短路电流。

（4）根据基尔霍夫电流定律可以绘制出D 侧A B C 相电流。

显而易得，D 侧A、C 相电流相位相反，且A 相电流为C 相电流的2 倍，故推断y 侧发生了ac 相相间短路故障。

图3 Dyn11 变压器y 侧ac 相短路时， D 侧和y 侧电流示意图

经现场检查发现台车集电器跳槽卡死，a 相集电器正好与c 相滑线槽接触，导致ac 相发生相间短路故障，故障点处集电器和滑线槽均出现不同程度烧伤，与以上分析相符，10 kV 馈线保护装置正确动作。

3.2 400 V 断路器未动作原因分析

G01K01 断路器跳闸后，400 V 断路器401 及台车电源断路器4001 均未跳闸，401、4001 断路器整定值表见表2。

表2 401、4001 脱扣器整定值表

通过已知参数及故障波形，可以估算出此次故障时一次短路电流Ik，计算如下：

计算得Ik为3 709.9 A，400 V 脱扣器4001 短路短延时保护定值为4 000 A，脱扣器401 为9 600 A，尚未达到401 与4001 脱扣器短路短延时保护动作定值，通过以上分析，说明400 V 脱扣器短路短延时保护动作定值设置不合理，需要重新整定计算。

4 整改措施

对400 V 脱扣器短路短延时保护动作定值进行重新整定计算，使其与10 kV 馈线保护装置及各脱扣器之间上下级配合更合理。短路短延时保护应按电流保护的第Ⅱ段限时电流速断保护的原则整定[3]，应能保护本线路全长及下一线路首端一部分。

短路短延时保护动作电流按与被保护线路下一段线路瞬时电流速断保护配合来整定[4]：

带入相关线路及设备负荷参数，计算得401 断路器的短路短延时脱扣保护定值为3 200 A，4001断路器的短路短延时脱扣保护定值为2 500 A，延时分别取0.4 s、0.1 s；按被保护线路末端相间短路时的最小短路电流校验灵敏度符合要求[5]。

5 结语

本文通过对一起400 V 台车滑线器相间短路故障进行分析，介绍了一种通过绘图来分析Dyn11 变压器故障电流特征的方法，该方法简单方便，可适用于各类型变压器故障分析，具有广泛的使用价值.此外，随着电力系统的不断发展，用电负荷类型不断增加，继电保护装置与脱扣器之间动作定值的配合应充分给予考虑，使继电保护装置及脱扣器动作更具选择性，尽可能缩小停电范围，本文对类似接线形式的用电负荷有一定的借鉴意义。