发电厂高压厂用电源接地故障时厂用电源切换存在问题的研究

李 楠

(华电电力科学研究院有限公司东北分院，辽宁 沈阳 110179)

1 发电厂6 kV/10 kV厂用高压系统接线方式

电厂厂用高压系统在满足单相接地继电保护可靠性和过电压绝缘配合的前提下，为防止弧光过电压及谐振过电压，一般采用中性点经低电阻接地方式，系统接线方式如图1所示。高压厂用变压器及启动备用变压器低压侧中性点经电阻接地，低压侧绕组经共箱母线引接至6 kV/10 kV厂用高压母线。

图1 电厂6 kV/10 kV厂用一次系统

2 高压厂用电源单相接地故障时的保护配置及整定原则

厂用高压系统单相接地保护应按与厂用负荷单相接地保护最大动作电流定值及时间定值进行配合整定。母线系统接地故障如果仅考虑厂用母线接地故障(故障点1)，则进线断路器与低压侧绕组连接共箱母线接地故障(故障点2)存在死区，因此需要配置零序过流Ⅱ段保护，如图2所示。

图2 火力发电厂6 kV/10 kV厂用系统母线接地故障

根据DL/T 1502—2016《厂用电继电保护整定计算导则》，高压厂用变压器低压侧中性点经小电阻接地，低压侧单相接地保护出口方式为零序过流保护Ⅰ段动作跳本分支断路器、闭锁备用电源切换；零序过流保护Ⅱ段动作停机、启动备用电源切换[1]。由于零序过流保护Ⅰ段与零序过流保护Ⅱ段保护范围不同，因此2段保护出口不同。

3 高压厂用电源接地故障时厂用电源切换存在的问题

当厂用电源发生电气系统故障，厂用电快切装置切换电源时，一般伴随出现比较复杂的情况，根据故障类型不同、故障切除时间差异等因素都将直接影响着厂用电快切装置的切换动作和结果，甚至造成电源切换失败[2]。当发电厂厂用高压变压器中性点采用经电阻接地的运行方式时，如果高厂变低压绕组至厂用分支进线断路器间的母线发生接地故障时(如图2所示)，由于故障点不在厂用高压母线上，因此厂用电源应切换至备用电源进线，保障发电机组安全停机。但目前存在的主要问题是厂用高压电源无法通过厂用电切换装置自动切换至备用电源，从而导致全厂失电。

4 原因分析

4.1 厂用零序过流保护导致的厂用电源切换失败的原因分析

根据零序过流保护出口跳闸矩阵，当高压厂用变压器低压侧至分支断路器间共箱母线发生接地故障时，分支零序过流保护Ⅰ段先动作，出口动作跳本分支断路器、闭锁厂用快切装置，但此时故障点依然存在。经过零序过流保护Ⅱ段延时，零序过流保护Ⅱ段动作，保护动作机组全停，启动厂用电快切。此时故障点切除，但是由于 “闭锁快切装置”信号在故障点切除前并没有返回，如图3所示，因此分支零序过流Ⅱ段出口“启动厂用电源切换”无法正常启动厂用电源切换，最终导致厂用电源失电，影响机组的安全停机。

图3 高厂变低压绕组至分支断路器接地故障时零序过流保护出口动作特性

4.2 厂用电快切装置逻辑和分支零序过流保护无法配合的原因分析

厂用电源切换按启动原因分类主要分为正常手动切换、事故自动切换、不正常情况自动切换。不正常情况切换主要分为母线失压和工作电源开关误跳。厂用电快切装置为防止备用电源误投入故障母线，保护装置可以给出闭锁厂用电源切换接点[3]。如果该接点闭合，装置将自动闭锁出口回路，发装置闭锁信号，并且需要人工手动发出复归信号，否则装置将保持闭锁状态。但对于后备失电的装置闭锁，当后备电压恢复时，装置不必经人工复归即可解除闭锁[4-6]。厂用电源切换逻辑如图4所示。

图4 厂用快切装置事故切换逻辑

综上所述，当高压厂用变压器低压侧至分支断路器间共箱母线发生接地故障时，由于分支零序过流保护Ⅰ段先动作，首先闭锁厂用快切装置。当快切装置闭锁后需要手动复归，因此当分支零序过流Ⅱ段动作出口启动快切时，快切装置已经无法启动。这同样将导致厂用电源消失，6 kV/10 kV所有重要负荷全部失电，给机组的安全停机造成较大的安全隐患。

5 改进方法

a.修改发变组保护出口矩阵。当发变组保护分支零序过流保护Ⅱ段动作时，修改发变组出口跳闸矩阵，将启动厂用快切信号修改为合厂用备用进线断路器指令，同时为防止零序过流保护Ⅰ段动作后进线断路器未跳开，应将进线断路器的常闭触点串入合厂用备用进线断路器指令，防止备用电源合于故障上。

b.修改厂用电快切装置的切换逻辑。通过修改厂用电快切装置的闭锁条件逻辑，可以在零序过流保护Ⅱ段动作时完成厂用电源的切换。其闭锁条件逻辑增加一个附加条件并增加相应的开入回路，即当零序过流保护Ⅱ段动作时，可以强制开放厂用电源切换出口，不需要进行快切装置的人工手动复位操作。

c.在分散控制系统中增加厂用电源切换逻辑功能，用以解决厂用分支零序Ⅱ段保护动作时的厂用电源切换。切换逻辑主要包括快切装置及保护判断逻辑、断路器位置判断逻辑和模拟量判断逻辑3个主要逻辑。切换逻辑设置投入退出功能，机组检修期间人为退出切换逻辑。快切装置及保护判断逻辑用于判断厂用分支零序动作情况以及厂用快切装置闭锁信号；厂用电源断路器位置判断逻辑用于判断当进线断路器和备用进线断路器同时处于分位状态时，切换逻辑功能可用，当切换完成后，备用进线断路器处于合位状态，切换逻辑自动退出运行。模拟量判断逻辑用于当进线断路器跳闸失败且位置接点故障的状态下，防止备用电源合于故障点的功能。当3个主要逻辑全部满足条件，厂用电源切换动作，完成故障状态下的厂用电源切换功能，逻辑框图如图5所示。通过此保护逻辑，不但可以保证当发变组分支零序Ⅱ段动作时厂用电源的可靠性，同时可以避免此保护逻辑出口的误动作。

图5 通过分散控制系统对备用进线断路器进行合闸操作逻辑

6 结语

本文通过对厂用快切装置逻辑与DL/T 1502—2016《厂用电继电保护整定计算导则》关于分支零序Ⅱ段出口要求存在不配合的问题，分析了保护在动作过程中可导致的主要后果。通过提出的3种主要改进方法，可以完全解决在特殊情况下无法通过厂用快切装置对厂用电源进行自动切换的问题，提高了厂用电源的可靠性，为机组安全停机提供了保障。