剩余电流保护器技术从70年代中期开始发展，目前在低压电网的安全保护中发挥了重要作用，但在发电厂380 V厂用电系统保护中采用尚属较新的课题^{[1, 2]}。

本文首先理论计算出某发电厂低压厂用电系统典型回路的短路电流值，之后对末级用电设备和母线电源进线保护进行定值整定计算^[3]，以计算结果为依据，对剩余电流保护的配置进行分析。

（1） 对某新建燃气电厂循环水MCC F段机力通风塔加热器电源回路（全厂380 V厂用电系统配电方式基本相同，该回路具有典型性）进行短路电流计算^[4]，包括两相短路和单相对地短路电流计算。

（2） 对循环水MCC F段典型回路、PC段至循环水MCC F段的馈线电源进行保护定值整定计算。

（3） 针对计算出的定值超出保护装置定值范围以致无法写入装置的情况，提出解决方案。

该燃气电厂项目由1套9F级二拖一机组和1套 9F级一拖一机组构成。根据机组的主接线方式，在一拖一机组高压厂用变压器接带该段负荷时，该段负荷末端发生短路故障时的短路电流值理论分析应为最小。在工程计算中由于发电机、系统等设备的容量相对于低压厂用变压器大很多，经折算后 6.3 kV以上电压等级设备的电抗对于短路电流的影响很小，因此在MCC负荷末端发生短路故障时高压厂用变压器及6.3 kV以上电压等级设备的电抗可以忽略^[5]。本次计算考虑计算完整性，对高压厂用变压器及6.3 kV以上电压等级设备的电抗也进行了计算（系统电抗Xs=0.0072，基准容量为100 MVA）。一拖一厂用电系统主接线图如图 1所示。

图1(Figure 1)

图1 一拖一厂用电系统主接线图

（1） 3号主变压器电抗标幺值为：

式中S_TN.T3—3 号主变压器额定容量，取值370MVA。

（2） 3号发电机次暂态电抗标幺值为：

式中S_N.G3—3号发电机额定容量，取值300 MW。

（3） 3号高压厂用变压器电抗标幺值为：

式中S_TN.TG3—3号高压厂用变压器额定容量，取值 25 MVA。

（4） 低压厂用变压器电抗标幺值为：

式中S_TN.TD—低压厂用变压器额定容量，取值2 MVA。

（5） 5号主变压器电抗标幺值为：

式中S_TN.T5—5 号主变压器额定容量，取值180MVA。

（6） 5号发电机次暂态电抗标幺值为：

根据以上计算结果绘制一拖一厂用电系统电 抗图如图 2所示。

图2(Figure 2)

图2 一拖一厂用电系统电抗图

（1） 折算到低压厂用变压器的阻抗标幺值为：

（2） 转换成有名值为：

式中U_bs—380 V系统电压，取值400 V。

（3） △Y_N变压器阻抗值为：

式中 X_T—变压器电抗。

PC段— MCC段电缆为 3根 ZRC-YLJ-1型聚氯乙烯绝缘电缆，规格为（ 3×150）mm²+（2×70）mm²，长度 L₁为 100 m。

（1）电缆相线正序阻抗：

R_1.L1=R₁L₁=（0.151×100）/3=5.03 mΩ，

R₁—每米电缆电阻值，取值 0.151 mΩ。

X_1.L1=X₁L₁= （0.076×100）/3=2.53 mΩ，

X₁—每米电缆电抗值，取值 0.076 mΩ。

（2）电缆相线零序阻抗：

R_0.L1=R₀L₁=（0.151×100）/3=5.03 mΩ，

R₀—电缆相线每米零序电阻，取值 0.151 mΩ。

X_0.L1=X₀L₁=（0.093×100）/3=3.1 mΩ，

X₀—电缆相线每米零序电抗，取值 0.093 mΩ。

（3）电缆中性线零序阻抗：

R_0.n.L1=3R_0.nL1=（3×0.447×100）/3=44.7 mΩ，

R_0.n—电缆中性线每米零序电阻，取值 0.447 mΩ。

X_0.n.L1=3X_0.nL₁=（3×0.120×100）/3=12 mΩ，

X_0.n—电缆相线每米零序电抗，取值 0.120 mΩ。

MCC段—就地设备电缆 1根，型号为 ZRC-YLJ-1聚氯乙烯绝缘电缆，规格为（ 5×4）mm²，长度 L2为 200 m，计算方法同 2.3.1。

（1）电缆相线正序阻抗：

R_1.L2=R₁L₂=5.482×200=1096 mΩ，

X_1.L2=X₁L₂=0.1×200=20 mΩ。

（2）电缆相线零序阻抗：

R_0.L2=R₀L₂=5.482×200=1096 mΩ，

X_0.L2=X₀L₂=0.114×200=22.8 mΩ。

（3）电缆中性线零序阻抗：

R_0.n.L2=3R_0.nL₂=3×5.48×200=3289 mΩ，

X_0.n.L2=3X_0.nL₂=3×0.127×200=76.2 mΩ。

R_1∑ = R_1.L1 + R_1.L2 = 5.03 + 1096 = 1101.03

X_1∑ = X_1.s∑ + X_1.L1 + X_1.L2 = 8.93 + 2.53 + 20 = 31.5，。

R_0∑ = R_0.L1 + R_0.L2 + R_0.n.L1 + X_0.n.L2 = 5.03 + 1096 + 44.7 + 3289 = 4435，

X_0∑ = X_0.T + X_0.L1 + X_0.L2 + X_0.n.L1 + X0.n.L2 = 6.4 + 3.1 + 22.8 + 12 + 76.2 = 120。

在 MCC段该负荷电缆末端发生两相短路故障时，短路电流为：

发生单相接地短路故障时短路电流为：

在 MCC段母线发生短路故障时的短路电流计算方法与上述方法相同。经计算，在 MCC段母线发生两相短路故障时短路电流为 15.97 kA，发生单相接地短路故障时短路电流为 9.3 kA。

由于该设备距离供电母线的电气距离最远，因此选择该设备进行计算。该设备保护类型为开关本体保护，速断保护定值为电流动作值 40 A，动作时限 0s，校验灵敏度 K_sen=2.552，定值符合《电厂厂用电保护整定计算导则》要求。

按与 MCC段母线上所接设备最大速断动作电流配合计算：

I_R2=K_relI_op.max=1.2×1250=1500 A，

I_op.max—设备最大速断动作电流，A。

按与 MCC段母线上所接设备最大速断保护动作时间配合计算动作时限 t_op2=0.3 s。

按 MCC段母线发生两相短路故障校验灵敏度为 10.652，发生单相接地短路故障校验灵敏度为 6.22。计算结果均满足《电厂厂用电保护整定计算导则》要求。

动作电流应与下一级最大速断电流配合，如果采用零序电流保护，需与下一级保护中最大速断电流和最大负荷时的不平衡电流值中的较大值进行配合 ^[6]。因为根据剩余电流保护原理，不需要躲过回路不平衡电流，直接与下一级的最大速断电流配合即可，计算剩余电流 I_sy得出：

I_sy=K_relI_op.max=1.2×1250=1500 A。

按与速断保护动作时间配合计算动作时限 T_sy= 0.3 s。按 MCC段母线发生单相接地短路故障校验灵敏度为 6.22。计算结果均满足《电厂厂用电保护整定计算导则》要求。

在该电厂设计中 PC段— MCC段双电源供电的 馈线开关采用 ABB Emax系列 4极开关，该开关本身具有剩余电流保护功能。由于剩余电流保护是一种高灵敏度的保护，其定值整定不必考虑躲过回路中的三相不平衡电流，因此整定值的上限较低 ^[7]，该开关的定值整定范围为 3~30 A，计算出的定值（1500 A）已经超出了该范围，无法写入装置。针对 这种情况，可以采取的处理方案有以下 4种。

在电源馈线保护装置上将剩余电流保护定值设为最大值 30 A，这样设置后上下级保护虽然在动作时限上可以配合，但在数值上配合关系不正确，存在越级动作的风险，即不能完全满足保护的选择性，因此不推荐该方案。

不采用开关本身具有的保护功能而另外加装 TA和保护装置，这样可以达到将保护定值写入装置的目的，但该定值较大，无法体现剩余电流保护的高灵敏度优点。

在 MCC段各负荷均配置剩余电流保护，使 PC段— MCC段馈线电源剩余电流保护定值与 MCC段负荷剩余电流保护定值配合，可以达到数值和时限都能配合的目的。但由于 MCC段接带较多容量很小的 Ⅰ类重要负荷，保护配置原则是在灵敏度满足要求的情况下简化保护配置，即只配置速断保护。这样配置是因为当保护装置出现拒动时带来的损失很小，但是一旦保护出现误动很有可能造成机组停机。因此该级保护的配置应更注重可靠性，如果都配置剩余电流保护，即使发生微小的瞬时非金属性接地故障也会造成设备跳闸。考虑系统运行稳定性和投资因素，不推荐该方案。

对于 380 V厂用电系统，在常见的回路如检修电源箱、照明箱等设备电源回路上采用剩余电流保护装置，在Ⅰ类重要负荷和 PC段— MCC段馈线电源按传统保护配置原则进行保护配置，这样既能最大限度地保证人身安全又能保证系统运行可靠性，因此推荐该方案。

剩余电流保护在发电厂低压厂用电系统中的应用是一项有意义的尝试，要使剩余电流保护充分发挥其优点，前提是电气一次设备接线应正确 ^[8]，其次应将剩余电流保护在厂用电系统的不同用电设备和电源母线上进行合理配置；最后需要对保护定值进行合理整定，特别注意与其他保护的配合关系。通过合理的设计及运行经验的不断积累，剩余电流保护能够在厂用电系统中对保护人身和设备安全起到重要作用。