高壓電動機(jī)試運(yùn)期間差動保護(hù)誤動事故分析

范建培

鄭州市鄭東新區(qū)熱電有限公司，河南鄭州 451464

0 引言

隨著火電機(jī)組單機(jī)容量的增大，大容量電動機(jī)在電廠的應(yīng)用越來越多，繼電保護(hù)規(guī)程規(guī)定，容量2 000kW 及以上電動機(jī)，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)。要實(shí)現(xiàn)差動保護(hù)的靈敏可靠，在正確選擇保護(hù)用電流互感器（CT）的同時(shí)，還要考慮CT 二次負(fù)荷的匹配和保護(hù)邏輯的完善。鄭東電廠6kV 脫硫增壓風(fēng)機(jī)（2 240kW、259.2A）在試轉(zhuǎn)期間頻繁出現(xiàn)差動保護(hù)誤動情況，下面對此進(jìn)行具體分析。

1 調(diào)試期間的差動保護(hù)誤動過程

脫硫增壓風(fēng)機(jī)電動機(jī)的保護(hù)由電動機(jī)差動保護(hù)和電動機(jī)綜合保護(hù)構(gòu)成。試運(yùn)期間，第一次啟動時(shí)出現(xiàn)合閘后瞬間跳開現(xiàn)象，保護(hù)裝置顯示差動保護(hù)動作。經(jīng)檢查實(shí)際接線完全符合設(shè)計(jì)要求，電流互感器極性正確，電機(jī)無異常，在確認(rèn)一、二次系統(tǒng)均無異常后，再次啟動，類似第一次啟動瞬間跳開的情況又再次出現(xiàn)，根本不能正常啟動。為調(diào)試方便，退出脫硫增壓風(fēng)機(jī)差動保護(hù)出口硬壓板，重新啟動，合閘啟動成功，但差動保護(hù)發(fā)信，復(fù)歸后再投入差動保護(hù)硬壓板，運(yùn)行仍正常。

停機(jī)后分析，認(rèn)為中性點(diǎn)CT 與保護(hù)裝置連接導(dǎo)線的電阻過大，造成保護(hù)裝置兩側(cè)CT 二次負(fù)荷不匹配，將此連接電纜加大截面后，多次合閘均正常啟動，但整啟試運(yùn)期間又出現(xiàn)一次差動誤動情況。

2 差動保護(hù)誤動原因分析

脫硫增壓風(fēng)機(jī)差動保護(hù)采用兩組容量相同的電流互感器LZZBJ9-10A2G， 5P20 級，變比300/5，一組裝于6kV 配電室的開關(guān)柜內(nèi)（機(jī)端出口CT），另一組裝于電動機(jī)本體處（三相繞組中性點(diǎn)CT），保護(hù)裝置安裝在開關(guān)柜上，電動機(jī)的裝設(shè)位置距離開關(guān)室320m，連接兩側(cè)CT 與保護(hù)裝置的為4mm2 銅芯電纜，

如圖1所示為CT 廠家提供的電流互感器準(zhǔn)確限值系數(shù)與二次負(fù)荷關(guān)系曲線。下面計(jì)算電動機(jī)啟動時(shí)CT 準(zhǔn)確限值系數(shù)n 對應(yīng)的二次負(fù)荷能力，因電動機(jī)的啟動電流非常大，約為其額定電流的6～8 倍，現(xiàn)取7 倍計(jì)算，一次電流為I1=7X259.2=1814.4（A）,準(zhǔn)確限值系數(shù)為n=1814.4/300=6.05,從圖中可以查出，準(zhǔn)確限值系數(shù)6.05 對應(yīng)的二次負(fù)荷為S2e=57VA，此時(shí)實(shí)際二次側(cè)所接負(fù)荷S2應(yīng)不大于S2e。

即 S2=I2e2Z2≤ S2e ；Z2≤ S2e/I2e2=57/25=2.28（Ω）

Z2= r +r1+ r2；

式中r 為連接導(dǎo)線的阻抗（Ω）；r1 為接觸電阻（Ω），一般取0.1Ω； r2為保護(hù)裝置繼電器線圈電阻（Ω）；

根據(jù)保護(hù)裝置廠家提供的參數(shù)，保護(hù)裝置每相負(fù)荷不大于1VA，求得r1=1/52=0.04（Ω）。

則連接導(dǎo)線電阻r≤2.28-0.04-0.1=2.14（Ω）。

由導(dǎo)線截面積公式A=ρLc/r，得到在滿足CT 二次負(fù)荷要求的導(dǎo)線允許最小截面

A≥I2e2ρLc/[S2e- I2e2（r1+r2）]=ρLc/ （Z2-r1-r2）

式中，A、Lc 分別為連接導(dǎo)線截面和計(jì)算長度，單位分別為mm2和m；

ρ為導(dǎo)線電阻率，ρ銅=1.75X10-2Ω·mm2/m。

電纜的計(jì)算長度Lc的大小與CT的接線型式和保護(hù)裝置到CT的實(shí)際連接長度L 有關(guān)，對于星型接線Lc=L；對于不完全星型接線Lc=√3·L。

現(xiàn)場CT 為不完全星型接線，中性點(diǎn)和保護(hù)裝置的二次連接電纜截面為4mm2，其電阻為ρLc/A=0.0175X√3X320/4=2.42（Ω）＞2.14Ω，顯然電流互感器二次接線的負(fù)荷已超過要求的最大值，不滿足要求。

連接柜內(nèi)CT的二次電纜為2.5mm2 不超過3m，其阻值rˊ=0.04Ω＜2.14Ω，滿足電流互感器的二次負(fù)荷要求。

在電動機(jī)啟動時(shí)，中性點(diǎn)側(cè)CT 因過負(fù)荷而飽和，而開關(guān)柜內(nèi)CT 未飽和，一個(gè)存在較大的誤差，一個(gè)指示正確，而導(dǎo)致流過保護(hù)裝置的電流差值過大，引起差動保護(hù)裝置誤動。

為滿足中性點(diǎn)側(cè)CT 二次負(fù)荷要求，加大連接電纜截面。改造后沖擊合閘，啟動成功。但后來為何會出現(xiàn)偶爾的保護(hù)誤動呢？結(jié)合我廠的給水泵（電機(jī)距配電室25m，采用的4mm2銅芯電纜，額定負(fù)荷滿足大于二次實(shí)際負(fù)荷條件）試運(yùn)期間也曾出現(xiàn)過一次類似誤動的情況，分析如下：

電動機(jī)啟動過程中， 定子啟動電流中不但有基頻交變分量，還存在著非周期分量即諧波分量，電流暫態(tài)過程很復(fù)雜，并和啟動時(shí)電動機(jī)條件有很大關(guān)系，啟動時(shí)諧波分量也可能會引起兩側(cè)電流互感器飽和特性不一致，產(chǎn)生不平衡電流，此電流有時(shí)能達(dá)到差動保護(hù)動作值，有時(shí)達(dá)不到保護(hù)動作值保護(hù)值。如果保護(hù)軟件沒能充分考慮電動機(jī)的暫態(tài)啟動過程，保護(hù)邏輯不完善，就不能可靠躲過啟動過程，會因諧波分量的干擾引起誤動。

3 差動保護(hù)誤動的解決方法

從以上分析中知道，鄭東電廠電動機(jī)啟動過程中差動保護(hù)誤動主要有兩種原因：1）保護(hù)裝置兩側(cè)CT的二次負(fù)載不匹配，中性點(diǎn)側(cè)CT二次過負(fù)荷；2）啟動時(shí)電流中的諧波分量引起誤動。

對于第一種原因的誤動，可以采取以下辦法來解決：

1）提高差動動作電流和差動制動系數(shù)來躲過；

2）改變電流互感器二次回路接線方式，從而改變接線系數(shù)；

3）增大CT的容量；

4）采用勵(lì)磁特性較高，二次負(fù)載能力強(qiáng)的二次為1A的CT；

5）加大電流回路電纜截面，減小連接導(dǎo)線阻抗。

采用提高差動動作電流和差動制動系數(shù)方法會降低保護(hù)在正常工作時(shí)的靈敏度，也不一定能可靠躲過啟動過程；對于第2），3），4）這3種方法，在設(shè)備已安裝完成進(jìn)入調(diào)試的狀況下，現(xiàn)場很難實(shí)施；簡單易行且行之有效的方法是加大電流回路電纜截面，減小連接導(dǎo)線阻抗。

滿足電動機(jī)啟動時(shí)中性點(diǎn)CT二次負(fù)荷要求的連接導(dǎo)線最小截面為：

A1 ≥ ρLc/（ Z2-r1-r2）= √ 3ρL/（Z2-r1-r2）= √ 3X0.0175X320/（2.28-0.04-0.1）=4.53（mm2）

為保證三相短路時(shí)互感器二次負(fù)荷滿足容量要求，根據(jù)增壓風(fēng)機(jī)速斷電流定值（2719.8A），求得n=2719.8/300=9.07，在電流互感器準(zhǔn)確限值系數(shù)為9.07時(shí)的二次負(fù)荷能力為37VA，則Z2=37/52=1.48（Ω），滿足短路時(shí)中性點(diǎn)CT二次負(fù)荷要求的連接導(dǎo)線最小截面為：

A ≥√ 3ρL/（Z2-r1-r2）= √ 3X0.0175X320/（1.48-0.04-0.1）=7.24（mm2）

故從脫硫增壓風(fēng)機(jī)到保護(hù)裝置加敷一根4 mm2銅芯電纜，分別與原來的中性點(diǎn)電流互感器二次電纜連接導(dǎo)線并聯(lián)使用，截面積達(dá)8mm2，大大減小了二次回路阻抗。滿足了啟動和事故短路的負(fù)荷要求。

對于第二種原因的誤動，可以采取以下辦法來降低諧波造成的影響。

1）提高差動動作電流和差動制動系數(shù)來躲過；

2）軟件內(nèi)部設(shè)置一小段延時(shí)，躲過啟動過程中諧波造成的影響；

3）充分考慮電動機(jī)的暫態(tài)啟動過程，將軟件升級，完善保護(hù)邏輯。

若在啟動時(shí)設(shè)置一小段延時(shí)，會使保護(hù)可靠性降低；最根本的方法是完善保護(hù)邏輯。此情況與保護(hù)廠家聯(lián)系后，廠家到現(xiàn)場將產(chǎn)品程序升級，升級后裝置能根據(jù)電動機(jī)啟動和故障時(shí)兩種電流的不同特點(diǎn)，判斷是沖擊電流還是故障電流，從而判斷保護(hù)是否該動作，具有啟動時(shí)差動保護(hù)裝置的門檻電流自動加倍，故障時(shí)迅速動作出口的功能。該方案有效解決了因非周期分量暫態(tài)不平衡電流而造成差動誤動，可靠地躲過啟動過程。

經(jīng)過上述處理后，經(jīng)過多次啟動試驗(yàn)及以后的實(shí)際運(yùn)行，差動保護(hù)未再出現(xiàn)誤動情況，問題得以圓滿解決。

4 結(jié)論

無論是何種原因?qū)е碌碾妱訖C(jī)差動保護(hù)誤動，作為電氣工作人員，要仔細(xì)了解繼電保護(hù)裝置原理并根據(jù)誤動現(xiàn)象找出根本原因，才能提出切實(shí)可行的處理方法。廠家開發(fā)繼電保護(hù)新產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)充分了解現(xiàn)場被保護(hù)設(shè)備的使用條件和復(fù)雜特性，注意積累產(chǎn)品在運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，吸取已有產(chǎn)品軟件編制方面的成功經(jīng)驗(yàn)，不斷提高軟件設(shè)計(jì)性能和使用質(zhì)量。工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮現(xiàn)場實(shí)際，選用經(jīng)濟(jì)的適合具體工程特點(diǎn)的配置方案和接線方式，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，比如，如果電流互感器距離保護(hù)裝置較遠(yuǎn)，可選擇二次額定電流為1A互感器，減小二次連接電纜截面滿足互感器復(fù)合誤差要求，降低投資。

[1]熊信銀.發(fā)電廠電氣部分.3版.中國電力出版，2004.

[2]馬志云.電機(jī)瞬態(tài)分析[M].中國電力出版，1998.