一低压配电室全所失电的故障原因分析

【摘 要】本文分析了发生在我厂一低压配电室全所失电的事故原因，提出了其相应的防范措施。

【关键词】继电保护；备自投；变压器；短路故障

1.事故原因经过

我厂某生产车间因新增了一台电动机，需要在其0.4kV配电室I段将电机的动力电缆及控制电缆从电机柜（不可抽出型）引出。当动力电缆接完后，施工人员接二次控制回路时，因不慎，将二次电线触到了空开上侧的带电分支母排，引发0.4kV单相接地短路。之后故障所在段1#变压器高压断路器因继电器动作出口跳闸，I段低压进线失电，母联合，由于故障仍存在，累及2#变压器高压断路器跳闸，该0.4kV配电室全所失电。

1.1 致使该0.4kV配电室全所失电的原因现分析如下：

引发事故的生产车间配电系统单线图如图（一）所示：

图（一）

图中：ATS为母联备自投。

在该配电系统中，A点6kV母线三相短路时，其次暂态短路电流为13.7357kA（系统在最大运行方式下），9.9013kA（系统在最小运行方式下）；1#、2#变压器的容量为1250kVA，额定电流为120.3/1804A，短路电压百分比Uk=4.67%；B点0.4kV母线三相短路时，其次暂态短路电流（折算到6kV侧）为2.0543kA（系统在最大运行方式下），1.9421kA（系统在最小运行方式下）；0.4kVI、II段进线采用的是Moller的框架式断路器（额定电流In=2500A），内置保护模块。

1.2 变压器高压侧、0.4kV I、II段进线的保护整定为：

1.2.1 1#、2#变高压侧整定为（CT：150/5；二次接地CT：800/5；保护单元：SPAJ140C ABB造）：

a、速断保护：I>>=5.38In（In为CT的额定值），t=0.04s。

b、过流保护：I>=1.0In（In为CT的额定值），电流-时间曲线（Very inverse-time characteristics）可用用下式表示：

t=0.7*13.5/[（I/I>）-1] 式（1）

式中：I为运行电流；I>为启动电流（I>=1.0In）；

当I=2I>时，t=0.7*13.5/[2-1]=9.45s

当I=3I>时，t=0.7*13.5/[3-1]=4.725s

当I=4.485I>时，t=0.7*13.5/[4.485-1]=2.71s

c、变压器二次接地保护：I>=0.65In （In为二次接地CT的额定值），电流-时间曲线（Normal inverse-time characteristics）可用用下式表示：

t=0.31*0.14/[（I/I>）0.02-1] 式（2）

式中：I为运行电流；I>为启动电流；

当I=2I>时，t=0.31*0.14/[20.02-1]=3.109s

当I=4I>时，t=0.31*0.14/[40.02-1]=1.544s

1.2.2 0.4kVI、II段进线框架式断路器整定为

a、速断保护：I>>=10In（In=2500A），t=0.4s

b、过流保护：I>=1.0In（In=2500A），t=30s

当图（一）中C点发生单相接地短路故障时，若不考虑过渡电阻，其故障电流接近0.4kV母线单相接地短路故障电流，该值大约为（按系统最小运行方式计）：

Ifault=I（1）k*n（n为变压器的变比：6.3/0.4）=√3*1.9421*6.3/2*0.4=26.49kA

将Ifault代入式（2）可得该电流在变压器二次接地保护继电器的出口时间为：

t =0.31*0.14/[（26.49*1000/0.65*800）0.02-1]≈0s

因为0.4kV I、II段进线框架式断路器保护模块对速断、过电流的整定都为定时限，Ifault在其上的时间为0.4s，所以，当图（一）所示的C点发生单相接地故障时，变压器高压侧SPAJ140C先动作，驱动变压器高压断路器跳闸回路而使低压一段进线失电。其根本原因是低压进线的保护和变压器高压侧保护无法合理配合所致。

另外，该配电室全所失电的原因除了上述保护上的配合不佳外，还有变压器高压侧事故总出口没能完全闭锁低压备自投回路也是原因之一。该配电室0.4kV事故闭锁信号只有来自0.4kVI、II段进线断路器上的过流、速断故障出口节点，如图（三）所示。而没有变压器高压侧故障出口节点。这样，当故障情况下发生越级跳闸导致一段失电时，低压进线因低压而跳闸，此时备自投启动，低压母联断路器合闸，若故障仍然存在，同样会发生越级跳闸现象，致使另一变压器跳闸而使全所失电。

图（三）

图中：K86为事故总出口

2.为避免类似故障的发生，该系统应作如下完善

2.1 低压进线的保护不用断路器内置保护模块所带的保护，为便于上、下级保护的合理配置，防止事故时越级现象的发生，应将低压进线的保护换为继电器保护，并且继电器的类型和变压器的高压侧保护用继电器保持一致。这样，在0.4kV母线及其下级发生故障时，相同故障下，只要低压进线、变压器高压侧之间的保护曲线的斜度一样，相同故障电流下二者有0.3-0.5s的级差，就可避免事故越级现象的发生。

2.2 低压母联上的备自投（ATS）回路不仅应将0.4kV进线的事故闭锁信号引入，也应将变压器高压侧事故闭锁信号引入，这样，当0.4kV母线及其下侧发生事故越级而导致低压进线失电时，保证0.4kV母联上的备自投不动，从而防止事故时停电范围的扩大。改进后的备自投闭锁回路如下图（四）所示：

图（四）

但是，备自投闭锁回路改为上图（四）后，该系统存在以下问题：当0.4kV进线上侧和变压器高压侧断路器下侧间发生故障，导致低压一段进线失电时，备自投因上述二个方面的闭锁而不动，这会使配电室半所失电。然而，相对因事故越级导致事故扩大而损坏设备来讲，我认为，将变压器高压侧及低压进线的事故闭锁信号全面引入备自投回路还是更可取的！ [科]

【参考文献】

[1]工业企业供电.冶金工业出版社.

[2]许建安.继电保护整定计算.北京：水利水电出版社，2001.