6kV高壓電動機差動保護誤動作分析和處理

李和平

(中國能源建設集團湖南省火電建設公司，湖南 長沙410015)

1 前言

根據電力設計規范，對于容量2 MW 及以上的電動機應裝設縱聯差動保護，用于電動機及引出線的相間短路保護〔1〕。某2×1 000 MW 電廠引風機等18 臺電動機的差動保護采用某公司的SR469 型微機綜合保護，其中引風機、循環水泵電機差動電流采用電動機接線盒內的磁平衡電流互感器產生的電流，互感器型號BS－MC35B;一次風機、送風機、電動給水泵電機差動電流采用6 kV 開關柜內安裝的電流互感器(即頭部TA)產生的電流與電動機接線盒內電流互感器(即尾部TA)產生的電流(如圖1)，兩側互感器型號為LZZB(A)－10。為防止TA 二次回路開路產生過電壓，6 kV 開關柜內裝有國內某廠生產的XY－CTB－X 型TA 開路保護器。在機組試運過程中，電動機差動保護多次發生了誤動作。

圖1 電動機差動保護原理圖

2 差動保護誤動作情況及分析處理

在機組鍋爐風壓、點火沖管2 個月試運過程中，送風機、一次風機、給水泵電機差動保護均發生過誤動作，而采用磁平衡電流互感器的引風機、循環水泵電動機由于只有1 個電流互感器，不存在不平衡電流的問題，差動保護沒有發生過誤動作〔2〕。鍋爐風壓試驗階段，送風機、一次風機首次啟動時，差動保護即發生誤動，動作電流為0.3～0.6 倍電機額定電流，誤動作后，對電動機、差動保護裝置、TA 開路保護裝置以及電流回路接線進行了檢查，均未發現異常。初步斷定電機啟動時不平衡電流較大，于是對電機差動保護頭、尾部TA 進行了伏安特性檢查。

2.1 伏安特性檢查處理

1)檢查情況

經現場檢查及查閱有關圖紙、試驗報告，頭、尾部TA 均為某互感器廠生產，型號LZZB(A)－10，保護等級5P20，但是兩側容量不一致，尾部為20 VA，頭部為10 VA，與設計院圖紙要求(兩側均為20 VA)不符。再檢查其伏安特性曲線，差異也較大，以送風機A 相為例，電動機額定電流357 A，TA 變比400/1，其伏安特性見表1。

表1 送風機A 相TA 伏安特性對比 V

2)原因分析

為進一步確認其負載能力，對頭部電流互感器進行了通流試驗，當電流加至額定值時，電流互感器發出異響并伴有輕微振動，由此可以推斷頭部TA 選用容量偏小。

3)處理方法

查閱差動保護定值，整定為0.2 倍電機額定電流，動作時間啟動時延時40 ms，運行時延時0 ms。由于風機啟動時間一般為5～8 s，不平衡電流衰減要經過幾秒時間，調整保護動作時間的方式顯然不可行;增大保護動作電流值雖然可以避免保護動作，但降低了動作靈敏度。

考慮以上因素，參建各方決定將送風機、一次風機、給水泵6 kV 開關柜側更換為同廠家、同型號、容量為20 VA 的電流互感器。

2.2 開路保護器檢查處理

更換6 kV 開關柜側電流互感器后，差動保護不再動作。但運行一段時間，到了機組點火沖管階段，送風機、一次風機啟動時再次發生過差動保護誤動，新投運的給水泵電機差動保護更數次動作。以上各次差動保護誤動時，TA 開路保護器面板報警指示燈均沒有動作，排除其他可能因素，將重點放在檢查TA 開路保護器上。電動給水泵第1 次誤動作后，對TA 開路保護器進行了仔細檢查，發現TA 開路保護器在沒有動作的情況下，其A，B，C相線端子與N 端子之間的絕緣只有10 MΩ 左右，遠低于廠家說明書上所規定的60 MΩ，在更換新的TA 開路保護器后，電機啟動后未發生保護誤動作。但在過了一段時間后，差動保護再次誤動作，在差動保護第4 次誤動作后，經參建各方協商，為了不影響機組點火沖管，決定暫時將TA 開路保護器退出。TA 開路保護器退出后，沖管階段電動給水泵差動保護再沒有發生誤動作。

1)檢查情況

為了確認TA 開路保護器誤動作的原因，對更換下來的TA 開路保護器進行檢查，發現原來10 MΩ 左右的開路保護器A，B，C 相線端子與N 端子之間的絕緣又大于60 MΩ。初步判斷保護器絕緣值的往復變化是因為保護器受潮所致。對保護器進行開蓋檢查，發現電路板上附著有許多白色鹽分，初步分析認為:設備投運前處于臺風季節，電廠鄰近海邊濕度大、晝夜溫差大，且保護器的密封性能不佳，致使保護器內部受潮，導致保護器誤動作。

2)原因分析

該TA 開路保護器接線圖如圖2。

對水體中COD、氮、磷的凈化量和凈化效率進行主要估算。河道是個半開放體系，其水體凈化效益較難定量評估，故通常以單項工程來實施對進出水水質指標控制。

圖2 TA 開路保護器接線圖

正常運行時，通過TA 開路保護器的電流不超過0.1 mA，當TA 二次回路開路或一次測通過大的短路電流時，TA 二次電壓超過150 V，開路保護器動作短接該相，且面板報警指示燈點亮。TA 開路保護器動作判別不是直接測量TA 二次的電壓，而是根據端子絕緣值(固定取60 MΩ)和流過保護器的電流值綜合計算后進行判別〔4－5〕。

由于TA 保護器電路板受潮，就有可能在電機啟動時，TA 開路保護器的判別電路達到動作條件而誤動作，保護器動作后將電流互感器二次側短接。動作指示燈因受另外電路控制，只有TA 二次電壓達到150 V 時才會被點亮，故動作指示燈一直未亮。

從圖1 可以看出，TA 開路保護器與差動保護裝置輸入電流回路3 相分別并聯。當開路保護器只有1 相誤動時，誤動相流入差動保護裝置的不平衡電流減少，其他2 相不變，差動保護不會誤動。但是當保護器2 相或3 相動作時，通過開路保護器將TA 二次側不同相短接，由于短路是通過開路保護器內部的繼電器觸點短接，且觸點受潮接觸不可靠，保護器短接阻抗可能不一致，導致流入差動保護裝置某一相的不平衡電流反而有可能增大，從而導致差動保護誤動。檢查各次故障差動動作電流，也發現三相差流不一致，并且每次動作電流也不相同，最大相動作電流在0.3～0.6 倍電機額定電流的范圍內波動，從另外一個方面驗證了由于開路保護器短接導致三相差流不平衡，從而導致保護誤動。

3)處理方法

TA 開路保護裝置的作用是防止TA 二次側回路開路，當TA 二次開路時，及時將TA 二次側回路短接，從而起到防止TA 二次回路開路的作用。但是微機保護裝置在設計上已經考慮了TA 二次回路開路，在電流互感器二次回路上增加TA 開路保護器就顯得多余，反而會因為開路保護器可能的誤動作而導致微機保護裝置誤動作。因此鍋爐點火沖管結束以后，參建方決定將所有電動機保護回路中的TA 開路保護器退出。TA 開路保護器退出后直到機組移交，再未發生1 次差動保護誤動作故障。

3 結束語

1)電動機差動保護電流如果采用頭、尾部電流互感器采樣的設計，應盡量使用同一廠家、同型號、同容量的電流互感器。

2)TA 開路保護器在保護電流回路上無裝設的必要，因為該裝置不可靠，反而可能導致微機保護裝置誤動作。

3)對于離開關柜距離較遠的電動機差動保護，設計上可以考慮使用磁平衡電流互感器，雖然在成本上有所提高，保護范圍有所減少，但提高了電機保護的靈敏度與可靠性。

〔1〕中華人民共和國住房和城鄉建設部． GB/T 50062—2008 電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范〔S〕． 北京:中國計劃出版社，2009．

〔2〕趙勇，張建成. 電流互感器在高壓電動機保護上的應用〔J〕．防爆電機，2004(3):40-41．

〔3〕蔡光德. 大型電動機差動保護誤動分析〔J〕． 電力自動化設備，2002，22(3):79-80．

〔4〕靳建峰，翁利民，王毅，等． 選擇TA 開路保護裝置應注意的幾個關鍵問題〔J〕． 通信電源技術，2010，27(4):38-40．

〔5〕靳建峰，翁利民，王毅，等． TA 開路保護裝置技術性能校驗的研究〔J〕． 繼電器，2007，35(23):62-65．