（湖南水利水电）２ｏ１２年第２期 ；江垭水电站厂用电系统保护定值配合ｌ ； 分析与计算 ｌ 方军旗 向敏鑫 屈明志 （湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司 长沙市４１００１４） 【摘要】 文章通过对一例水电站厂用电系统架空线路短路故障引起厂用变压器跳闸事故的分 析，根据＂３前设备及系统参数，对保护动作定值进行重新校核，解决并修正了厂用系统设备保护运 －行定值以及该定值与相邻保护之间的配合问题．提出进一步加强厂用系统保护定值校核工作对于 防止越级跳闸以及事故扩大具有重要意义。 【关键词】 水电站 保护分析 厂用电系统 定值计算 江垭水电站地处澧水一级支流淡水中游，距湖 为３００）￣４＂杆。另一端跨越淡水河、生活区第一回供 南省慈利县城５７ ｋｍ。枢纽工程于１９９３年开工建 电线路（其控制断路器编号为３４２）上方连接至３５ 设。１９９８年下闸蓄水发电，２００１年通过竣工验收，总 ｋＶ变电站电杆。 投资约３４亿元。该工程由拦河大坝、泄洪建筑物、右 岸电站地下主厂房、左岸通航建筑等组成，以防洪为 主，兼有发电、航运、灌溉、旅游等功能。坝址以上库 区流域集雨面积为３ ７１ｌ ｋｍ：，占漤水流域面积的 ７３．５％。水库正常蓄水位２３６．０ ｍ，总库容ｌ８．３４亿 ｍ３，预留防洪库容７．４亿ｒｎ。；水电站总装机容量１００ ＭＷ×３，设计年发电量为７．５６亿ｋＷ・ｈ。 １事故前厂用电系统运行方式 １０．５ ｋＶ三段母线分段运行，１ 高厂变ＴＭｌｌ带 １Ｏ．５ ｋＶＩ段母线运行； 高厂变ＴＭ１２ Ａ、ＴＭｌ２ Ｂ带 １０．５ ｋＶＩＩ段母线运行；３ 高厂变ＴＭｌ３带ｌ０．５ ｋＶＩＩＩ 段母线运行，３台高厂变高压侧分别连接至ｌ 、 、３＊ 机组机端１３．８ ｋＶ封闭母线。３台机组自用电分别由 图１ 江垭水电站厂用电系统接线图 ２事故情况 ２０１０年１１月２３日０６时５３分．江垭水电站计 算机监控系统发出信号：１０．５ ｋＶ母线Ｉ段单相接 各自的机组自用变供电，１ 自用变通过断路器３４４ 地，ｌ０．５ ｋＶ母线ＩＩ段单相接地，１ 高厂变ＴＭ１１高 由１０．５ ｋＶＩ段母线供电；２ 自用变通过断路器３５４ 压侧断路器３１４分闸，１ 高厂变ＴＭ１１低压侧断路 由１０．５ ｋＶＩＩ段母线供电：３ 自用变通过断路器３６４ 器３４０分闸，２ 高厂变ＴＭ１２高压侧断路器３２４分 由ｌ０．５ ｋＶＩＩＩ段母线供电（见图ｌ，该图仅画出与计 闸， 高厂变ＴＭ１２低压侧断路器３５０分闸，断路器 算分析相关的设备）。事故发生时，断裂的避雷线一 ３００限时速断保护动作跳闸，２ 高厂变电流速断保 端连接至生活区第二回供电线路（其控制断路器编号 护动作，１ 高厂变过电流保护动作．造成ｌ 高厂变 ８７ 方军旗向敏鑫屉明志，，江垭水电站厂用电系统保护定值配合分析与计算 ＴＭ１１、２ 高厂变ＴＭ１２、生活区第一回供电线路、生 能倒换至此线路带电运行外，其它７台变压器均可 活区第二回供电线路的断路器相继跳闸。１０．５ ｋＶ母 倒换至此线路末端运行。根据各变压器额定参数．可 线Ｉ段、ｌＯ．５ ｋＶ母线ＩＩ段、坝顶１Ｏ．５ ｋＶ母线和生 计算得出生活区第一回供电线路上最大额定负荷电 活区同时停电。 事故后现场检查发现，造成事故直连接原因为 流为： １１＋１２＋１３＋１４＋１５＋１６＋１７＝２０４．９９Ａ 原３５ ｋＶ施工用电线路的避雷线跨漤水河段因腐蚀 供电线路上，造成三相金属短路，引起电弧烧断架空 对于生活区第二回供电线路，除６ 、７ 变压器不 断裂脱落，其中一段跌落在带电运行的生活区第一回 能倒换至本线路带电运行外，其余变压器均倒换至 此线路末端运行。根据各变压器额定参数，可计算得 钢芯铝绞线；另一段弹回到生活区第二回供电线路 出生活区第二回供电线路最大额定负荷电流为： Ａ、Ｂ两相，造成线路两相短路。 ３事故分析 生活区第一回供电线路控制断路器３４２没有跳 闸，是因为保护出口回路的时间继电器故障，造成断 路器３４２拒动，短路故障由上一级断路器３１４切除。 断路器３００电流速断保护动作出口（动作时间０６： ５３：３２：９９０）．引起断路器３００跳闸：断路器３２４电流 速断保护动作出口（动作时间０６：５３：３３：１００），引起断 路器３２４跳闸。事故分析认为，断路器３００动作跳闸 后。断路器３２４不应该再动作。属于保护定值配合不 当，应重新核算、整定，确保在今后的运行中不再发 生越级跳闸事件．进一步避免扩大事故停电范围。 ４保护定值分析与计算 ４．１ 系统电气设备参数 （１）生活区两回供电线路共连接有９台变压器 （表１），承担着江垭水电站生活区所有用户以及沿 线路相关用户的供电。正常运行方式下，１ 、４ 、５ 、 、 ７ 变压器连接至生活区第一回供电线路带电运行； ２＃ｘ３ 、８ 、９ 变压器连接至生活区第二回供电线路带 电运行，两条线路可在生活区ｌ０．５ ｋＶ配电室实现 相互备用倒换。 对于生活区第一回供电线路，除８ 、９ 变压器不 ８８ ｋ＋１２＋ｌｏ－１４＋ｌｓ＋＋Ｉ￣ｌｇ＝２４６．９７ Ａ （２）其它电气设备相关技术参数（表２，表３）。 ４．２线路断路器保护定值计算 （１）定时限过流保护按躲过线路最大负荷电流 整定。对直馈线路，采用下公式计算： 似 Ｊ ｆ 式中 ＫＩ广可靠系数，取值为１．２（取值范围为 １．１５－１．２５）； 一返回系数，电磁型继电器取值为０．８５； Ｋ 一电动机自启动系数，取值为１．５（取值 范围为１．５～２．５）： 肺 似——本线路最大负荷电流。 通过计算得出： 生活区第一回供电线路过流保护动作值 ＝ 『（１．２ｘ１．５）／０．８５］ｘ２０４．９９＝４３４．１ Ａ，此回线路电流互 感器变比２００／１。故保护整定值为２．１７ Ａ，延时５ ｓ。 生活区第二回供电线路过流保护动作值 ＝ 【（１．２ｘ１．５）／０．８５］ｘ２４６．９７＝５２３．０ Ａ，此回线路电流互 感器变比２００／１，故保护整定值为２．６２ Ａ，延时５ Ｓ。 （２）线路速断电流值计算。 根据需要选择基准容量：Ｓｉ＝ｌＯ０ ＭＶＡ；ｕｊ＝１０．５ 方军旗ｋＶ；／ｊ＝５ ４９８．７ Ａ；ｚｊ＝１．１ Ｉｌ。 向敏鑫屈明志，，江垭水电站厂用电系统保护定值配合分析与计算 高厂变ＴＭ１２Ａ、ＴＭ１２Ｂ高压侧断路器３２４的短 ａ、生活区第一回供电线路钢芯铝绞线型号为 路开断电流为３１．５ ｋＡ，额定电压１２ ｋＶ，开断容量 ＬＧＪ９５，长度约８．５ ｋｍ，阻抗取０．４１＂￣／Ｋｍ。此回线路标 为３７８ ＭＶＡ。因此，认为无限大系统向故障点提供 的断流容量为３７８ ＭＶＡ（计算电路图见图４、等值网 络图见图５）。 —幺值： ＝ 器＝Ｕｒ ｌＵ．）。 ＝３－ｏｓ （式中１００ ＭＶＡ为基准容量）。 高厂变ＴＭ１ １高压侧断路器３１４的短路开断电 流为３１．５ ｋＡ，额定电压１２ ｋＶ，开断容量为３７８ Ｑ卜ｌ慢 ｎ■Ｅ、 厂 Ｉ Ｍ ＭＶＡ。因此，认为无限大系统向故障点提供的断流 容量为３７８ ＭＶＡ（计算电路图见图２，等值网络图见 图３）。 图２生活区第二回线路计算电路图 图３对应图２的等值网络图 系统标幺阻抗为： １ ＝１ ＯＯ ＭＶＡ／３７８ ＭＶＡ＝Ｏ．２６５ 高厂变标幺阻抗为： Ｘ２＂＝６．３９％× ＝６．３９％× ＝２．５５６ 故有效阻抗为： ∑ ＝０．２６５＋２．５５６＋３．０８＝５．９０１ 生活区第一回供电线路末端三相短路电流有效 值为： 专 ×５ ４９８・７＝９３ １・８２５ Ａ 一 且： 一— 一 －４‘．６５９ Ａ ｂ生活区第二回供电线路钢芯铝绞线型号为 ＬＧＪ９５，长度约６．５ ｋｍ，阻抗取０．４ｌ＇￣／ｋｍ。 此回线路标幺值： ｘ， ： ＝２．３６ ——Ｑ）一 ——Ｑ）一 图４生活区第二回线路计算电路图 口 —————。 一、 、 — ‘ ———＿—・一 ７ ｘｌ ＾＾』 Ｘ５ —・－—－———・—— ０、 ～ Ｘ８ ～ ～、 ——・—－－————一 Ｘ９ 图５对应图４的等值网络图 系统标幺阻抗为： ｌ ＝１ ００ ＭＶＡ／３７８ ＭＶＡ＝０．２６５ 高厂变标幺阻抗为： Ｘ２＝５．９１％× ＝５．９１％×—１０ ０ｘ ｌ００ ０ ｋＶＡ 故有效阻抗为： ＝ ＝０．２６５＋４．７２８＋２．３６＝７．３５３ 生活区第二回供电线路末端三相短路电流有效 值为： １ １ ，ｄ 寺 ×５ ４９８・７：７４７・８２ Ａ ＝ ７４ Ａ （３）高厂变电流值计算。 高厂变低压侧三相短路时高压侧电流为： 丽１× －１６３６－９ Ａ ａ高厂变速断动作电流按躲过变压器外部故障 时流过变压器的最大三相短路电流整定计算： ＝ ＿１．４× ＝１ １．５ Ａ‘ ｎ Ｚ ｔ）ｕ （式中１．４为速断保护可靠系数）。同时，还应该 躲过变压器的励磁涌流，按５倍 （下转第９１页） ８９ 马强，，浅析变电站二次设备的防雷 复，最后申报停运。广西平果变电站从１９９３年１月 变电站二次设备的防雷保护应分别在电源线、 投运以来，多次遭受雷击，造成二次设备的损坏和不 信号线和天馈线上分级装设专用防雷器。在站用变 能正常运行。１９９３年夏雷击造成资料丢失，一些插 屏进线处安装电源一级防雷器；在直流屏、ＵＰＳ进线 件损坏；１９９５年雷击造成计算机死机；１９９７年的雷 处以及微波塔上照明灯的电源线上安装电源二级防 击造成监控系统３台显示器无显示，ＵＰＳ Ａ段负荷 雷器；在后台机、远动装置（ＲＴＵ）和微波装置等重要 跳闸，两个光纤传输器被击坏，计算机Ｂ机失电， 设备的电源进线处安装电源三级防雷器；直流屏的 ＲＴＵ故障等。 控制母线应装设直流电源防雷器。在远动装置与微 ２变电站二次设备防雷的解决方案 波设备的接口处、远动装置（ＲＴＵ）与后台机的接口 处、后台机的ＭＯＤＥＭ之前分别安装信号防雷器。在 （１）防止由电源线、信号线侵入的闪电电涌 微波天线与微波设备的接口处安装天馈线防雷器。 措施。防治侵入的闪电电涌措施，一般都是在设备 对于具备遥视功能的变电站，室外的摄像机应考虑 的端口接人一浪涌保护器，正常工作范围内它的阻 防雷。摄像机的电源线和云台的电源线应装设电源 抗很大．对设备没有影响，而当电压超过某个限度以 防雷器；摄像机的信号线应装设信号防雷器。 后它的阻抗急剧下降，并且能在瞬间分流巨大的浪 （２）防止接地系统的高电位反击。需要强调的 涌电流，实现对设备的过电压保护。保护的主要元器 是，采用任何防雷方法，都必须具有一个良好的接地 件包括放电管、压敏电阻、瞬变电压抑制二极管 系统，使雷电浪涌电流顺利地流地。否则，安装 （ＴＶＳ）、聚合开关（Ｐｏｌｙｓｗｉｔｃｈ）和硅对称二端开关 何种类型的防雷器件，都不能收到预期的效果。联合 （ＳＩＤＡＣＴｏｒｓ）等元器件。每种元器件各有特色。没有 接地系统更容易均衡建筑物内各部分的电位，降低 万能的器件，设计时应根据被保护设备和环境的要 接触电压和跨步电压，排除在不同金属部件之间发 求，选用适当元器件，配合使用。 生闪络及火花放电的可能，接地电阻更小。因此采用 保护器件可以由单一元件构成．也可由多个元 联合接地可以防止接地系统的高电位反击。 器件组成的混合电路构成。所有的元器件可以集中 实践中，变电站二次设备的外来电磁干扰．主要 在一块板上，也可分散在不同的板上来实现保护作 由电源线、信号线和地线三个环节侵入到系统。只要 用。在实际应用中，应采用多级保护。第一级为主保 在电源线和信号线接口处安装相应的防雷器件．就 护，吸收浪涌电流的主要部分，第二级箝位电压到被 能有效地保护二次设备。接地系统因受客观环境限 保护设备的安全电平。通常情况下，两级保护已能满 制，相对复杂一些，应根据具体情况，作好联合接地。 足被保护设备的安全要求。如果需要可以采用三级 （收稿日期：２０１２一Ｏ１—２７） 保护。 （上接第８９页） 额定电流整定，即： 强对此类设备的管理，及时做好保护定值核算，不容 ：１．４×—＝ —一：５× 忽视。 、／３ ｘ１３．８ｘ２００ ２００ （２）电力系统电气设备之间保护定值的合理配 综合比较，取值ｌ１．５ Ａ。 合，是保护装置可靠动作的依据，可以有效隔离故障 （２）高厂变过流保护动作值按照高厂变低压侧 点，防止事故扩大；保护定值管理应系统化、规范化． 两相短路时，灵敏系数不小于２整定： 定期复核、校验，保证发电厂继电保护装置整定值的 ：３．５４ Ａ，延时５ ｓｏ 精准，从而保证系统安全稳定运行。 ５结语 参考文献 ｌ崔家佩，孟庆炎，陈永芳等．电力系统继电保护与安全自动装 （１）由于生活区两回１０ ｋＶ架空供电线路投运 置整定计算［ＭＩ．北京：水利电力出版社．１９９５． 至今没有进行保护整定值复核，所带负荷与线路投 ２李光琦．电力系统暂态分析［Ｍ】．北京：中国电力出版社，２００３． 运初期的设计相比，负荷发生较大变化。所以，应加 （收稿日期：２０１２—０２一ｌ１） ９１
