大型火电厂0.4kV低压厂用电现状及保护配置研究
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【摘 要】火电是我国最为主要的发电形式，在装机总量中所占比重长期保持在70%以上，随着我国电力工业朝大机组、大电厂方向发展，火电机组的安全显得越来越突出。本文通过对大型火电厂0.4kv低压厂用电运行方式进行了讨论，并结合实际情况对大型火电厂低压厂用电设计方案及运行情况进行分析，最后提出解决方法。
1 大型火电厂0.4kV低压厂用电系统运行方式
全国能设计大型火电厂（600MW及以上）的设计院低压厂用电系统的设计一直以来存在两种方案：一种是中性点不接地系统（IT小电流系统）；另一种是中性点直接接地系统（TN大电流系统）。
2 0.4kV低压IT系统与TN系统的比较
低压IT系统的优点：当单相绝缘出现破损甚至是金属性接地仍不影响系统运行，相间（线）电压不变，相电流不变，流入大地的电流为系统的电容电流，不影响三相负荷的运转，系统的可靠性高，人身安全性非常好。低压IT系统的缺点是：单相金属接地时故障相对地电压降为“0V”，非故障相对地电压升高倍，系统的绝缘水平要求较高，投资较大，易发生非线性铁磁谐振，烧毁PT或其熔断器。且每段母线保护控制回路的AC220V电压及照明、检修等单相负荷需要经隔离变取得，更加大了投资。低压TN系统的优点是：系统对绝缘要求低，AC220V单相电随处可得，接线灵活方便。低压TN系统的缺点是：出现单相接地故障后，设备外壳带电，对人体危害较大；且故障点对地电流较大，可能导致缺相保护或者零序保护动作，从而影响系统的连续供电；因随处可取AC220V电源，导致接线混乱，经常出现：有的单相负荷在母线上接线时只有火线，零线直接就近接到接地铜排上的情况，给检修带来极大的麻烦。西方发达国家亦有这样的研究结论：低压IT系统最安全，供电可靠性最好！
3 大型火电厂低压厂用电设计方案及运行情况
3.1 2010年以前投运的大型火电厂低压厂用电设计方案及运行情况
据调查在开篇所述的几大设计院中，在2008/2009年前，多数设计院在0.4kV低压厂用电系统设计时多采用IT系统。原因很简单：系统可靠性好、连续供电能力强，不会因单相接地直接动作于零序保护跳闸，从而影响电机或馈线运行，甚至影响机组发电、供电。存在的问题是：因电容电流的大小和电压成正比关系，因此0.4kV的IT系统，出项单相接地时，因整段母线的电容电流不足500mA，故此导致小电流接地选线不能动作报警。致使出现单相接地故障后很难查找出故障点，有些电厂甚至是连续单相接地数月，带故障运行。出现这一问题的原因也很简单：电容电流太小，尤其是多数接地为非金属性接地，导致接地点的零序电流更小。一般接地选线厂家提供的零序电流互感器为50/1或100/1，而选线装置的启动电流一般为10mA，因此一次侧零序电流需达到500mA以上才能动作，这是无法满足的条件。零序电流互感器多为硅钢片铁芯，为了安装方便经常选用开口式互感器，加大了互感器的漏磁，使其起励电流更大，致零序互感器输出更小，精度更差。
3.2 2010年以后投运的大型火电厂低压厂用电设计方案及运行情况
除华东院以外的大多数设计院，在2008/2009年后，相继将0.4kV低压厂用电系统由IT系统改为TN系统，原因是国家电网越来越强大，电力供应已经变得供大于求，单个电厂或发电机组的脱网对电网影响很小，因此对电厂的连续发电要求降低，也榈绯Щ建项目节省了投资。
存在的问题是：根据DL5153-2014大型火电厂厂用电设计规范规定：PC母线100KW以上电机或馈线（1类以上负荷），必须设零序保护，MCC母线电机或馈线的相间短路的灵敏度满足相地短路的灵敏度要求时，不再单独设置零序保护。因此多数设计院（化工、钢铁、玻璃、水泥等行业）都没有设置零序保护，过流保护用塑壳断路器实现，热保护用热继或熔断器实现。
最新现象：当电厂0.4kV低压厂用电（IT系统）MCC馈线或电动机出现单相金属性（A、B、C三相中的一相对大地）接地时，本回路塑壳断路器不能跳闸，而是上级PC馈线零序保护越级跳闸，导致大面积失电，故障扩大甚至出现非计划性停机，影响巨大。而且这一现象已经不是某一电厂、某一集团的问题，他成为了影响电厂安全运行的巨大隐患！
低压厂用电短路计算原则如下：
（1）计及电阻。（2）低压厂用电高压侧电压在短路时可以认为不变。（3）当动力中心（PC）的馈线回路三相短路时，应计及馈线回路的阻抗，但可不计及异步电动机的反馈电流。动力中心（MCC）短路电流，由低压厂用变压器及异步电动机两部分供给，并按相角相同取算数和计算，可取低压厂用变压器容量的60%。
因从故障点看进去：正序阻抗和负序阻抗相等，0.4kV电缆的感抗远小于阻抗（4平方毫米的负序感抗是0.101mΩ/m，电阻为4.3mΩ/m），且零序阻抗远大于正序和负序阻抗，为了取得电流极大值，将分子最大化为220V，分母最小化为R=4Ω，得出I=55A。而8KW电机相电流16A，塑壳的过流保护倍数为7倍，即112A，远大于单相接地电流55A，所以本回路塑壳断路器不动作。
结论：在电厂低压厂用电MCC中，相间短路的灵敏度不能满足相地短路的灵敏度要求！
4 解决问题的方法
（1）PC馈线和MCC馈线和电机回路均不加装零序保护（不符合规范要求）。（2）PC馈线和MCC馈线和电机回路均加装零序保护，缺点是投资太大。（3）加装MCC馈线和电机回路的零序（漏）电流测控装置，实时监测每条线路和电机的漏电流，报警或跳塑壳断路器的分励线圈。只报警时可以做状态检修的基础数据；也可以分级报警，在故障扩大前排除故障；或者在PC越级跳闸后，可以有效帮助运行人员确定故障抽屉，而不必将所有抽屉拉出后，再送电之后逐一推上抽屉。
5 综述
电厂0.4kV低压厂用电系统选用IT或TN系统各有优缺点，都存在单相接地故障难以查找排除的问题，此类故障不影响IT系统的安全运行，而在TN系统中，已经到了必须排除故障的地步了，否则会对电厂安全运行带来很大的风险！