一起越级跳闸事件的原因分析及改进方案

一起越级跳闸事件的原因分析及改进方案

摘要：本文结合某核电站常规岛发生的一起低压潜水泵出现单相接地故障导致

上游配电系统发生越级跳闸事件的案例，分析越级跳闸的原因是由于上下游开关

保护配置不合理而导致的，并提出将上游零序保护由“定时限”改为“定时限+反时限”和在下游增加零序保护两种改进措施，为后续改进及同类系统保护配置避免类似问题发生提供借鉴。

关键词：核电站；配电系统；单相接地；越级跳闸

前言

2014年9月，某核电站常规岛低压潜水泵发生单相接地故障，其所在电源回

路短路保护开关未及时动作，而该回路所在的低压配电盘的零序电流超过整定值，触发该1LKT001TB上游的中压馈线回路开关动作，导致整个低压配电盘断电。

该事件是典型的配电盘越级跳闸问题，由于单一回路故障而导致整个配电盘

失电，影响核电站内其他设备的正常运行。本文通过对该事件发生的原因进行详

细的分析，并提出可行的解决方案，对避免类似事件的发生和后续配电系统的设

计具有一定的借鉴作用。

1.系统配置分析

1.1回路配置

发生越级跳闸故障回路的用电设备为非含油废水冷却池泵（1SEK008PO），

其额定功率为22kW，额定电流44A。详细配置如图1所示。

图1 1SEK008PO电源保护配置

非含油废水冷却池泵1SEK008PO由380V低压配电盘（1LKT001TB）低压馈线（1LKT0403）供电，配置有断路器（NZMN1-S63），接触器（3TF47），热继电器（3RB2046-1UB0），低压配电盘接自低压厂用变压器（1LKT001TR），上游电源

接自6.6kV配电盘（1LGD001TB）中压馈线（1LGD502）。

1.2保护定值

非含油废水冷却池泵1SEK008PO电源回路设置有过载和短路保护。过载保护

由热继电器实现，过载保护整定值为53A，短路保护由断路器实现，短路保护整

定值为616A。

低压配电盘（1LKT001TB）设置有过载保护和零序保护。过载保护由变压器上游中压馈线1LGD502回路开关实现，整定值为7350A，延时1.5s动作，零序保护

由零序保护继电器实现，整定值为365A，延时0.4s动作。

1.31LKT001TB配电盘零序保护介绍

1LKT001TB配电盘零序保护配置接线图如图2所示。

图2 1LKT001TB零序保护接线图

由上图可知，1LKT零序保护单元由857TI、850XI、850XT、851XZ、850XK组成，各元件功能和定值分别为：

857TI：电流互感器，变比：500/1A；

850XI：电流继电器，定值：0.73A，经857TI变比换算可得出一次侧零序电流

动作值为365A；

850XT：延时继电器，定值：0.4S；

851XZ：接地检测继电器，向DCS发送报警信号；

850XK：故障继电器，向6.6KV开关N1LGD502发送跳闸信号；

该零序保护单元动作过程为：测量零序电流的857TI检测到接地电流大于

365A，使850XI动作，其辅助常开接点闭合，850XT励磁，经延时继电器0.4s延

时后其常开辅助接点闭合，使851XZ/850XK同时励磁，分别向DCS发送报警信号

和向6.6KV开关1LGD502发送跳闸信号。

2.故障原因分析

1SEK008PO为非含油废水冷却池泵，长时间工作在水下，随着时间推移，设

备老化导致绝缘水平降低，进而引发单相接地故障，这是本次事件产生的直接原因。但是，低压潜水泵发生单相接地故障时，所在的馈线回路开关未动作，而上

游中压馈线回路开关动作，因此，该配电系统上下游保护配置设计是不合理的。

1SEK008PO采用的电缆型号规格为：铜芯交联聚乙烯绝缘热缩性聚烯烃护套

低烟无卤阻燃低压电力电缆3X10mm2，电缆长度85米。配电盘变压器为SCB9

系列6.6/0.4kV、800kVA、阻抗电压6%、损耗6.6kW、D，yn11连接。根据工业

与民用配电设计手册第三版第四章短路电流计算中的计算方法，算出当低压潜水

泵馈线末端发生单相接地故障时的短路电流约为489A。

低压潜水泵所在馈线回路采用的是“断路器-接触器-热继电器”配置。

从图3可以看出，当故障电流为489A（9Ie）时，3RB2046-1UB0型热继电器（CLASS 10）动作时间大于6s。

而低压配电盘的零序保护整定值为365A，延时0.4s动作。

因此，当低压潜水泵所在馈线回路发生单相接地故障时，故障电流约为489A，热继电器

动作时间和断路器动作时间均大于低压配电盘的零序保护动作时间，此时低压配电盘零序保

护将优先于馈线回路动作，触发6.6kV中压馈线回路开关跳闸。

综上分析，本次越级跳闸事件产生的直接原因是非含油废水冷却池泵发生单相接地故障，而根本原因是上下游开关保护配置设计不合理。

3.解决方案

根据上面的原因分析，要避免配电盘发生类似的越级跳闸问题，需要做好配电盘上下游

开关全电流范围内保护级差配合。

3.1配电盘零序保护调整

结合现有的零序保护定值（365A，延时0.4S）、故障回路短路保护定值（616A）及断路

器脱扣特性曲线（图4）可知，当故障电流在365A（5.8lr）~616A（9.8lr）范围内时，均有可能发生越级跳闸现象，需通过调整配电盘的零序保护动作特性曲线来避免。由图4可知，当

馈线回路发生金属性接地故障时，馈线回路断路器瞬时脱扣整定值范围为8~14lr，瞬时脱扣

时间小于0.04s，将配电盘零序保护定值设置为大于馈线回路断路器瞬时脱扣整定值，并延时0.4s动作，即可保证馈线回路断路器优先动作；当馈线回路发生非金属性接地故障时，零序

保护可采用反时限动作特性曲线，且保证完全覆盖馈线回路断路器的反时限动作特性曲线，

即可避免越级跳闸现象。此种方式需选取馈线回路中保护动作值最大的断路器进行校验。

3.2馈线回路保护调整

根据DL5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》第9.7.1款第2条规定：低压厂用

电系统中性点直接接地时，对容量100kW以上的电动机宜装设单相接地短路保护。对55kW

及以上的电动机如相间短路保护能满足单相接地短路的灵敏度时，可由相间短路保护兼做接

地短路保护；当不能满足时，应另装接地短路保护。

接地保护灵敏度应满足GB 50054-2011《低压配电设计规范》第6.2.4条规定：当短路保

护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器

整定电流的1.3倍。

通过对1LKT403回路末端的单相接地短路电流进行计算，短路电流为489A，灵敏度为