中壓廠用電動機保護配置探討與優化

黃景昊+吳海杰

【摘 要】中壓電動機作為核電廠廠用負荷的重要組成部分，在核電廠生產過程中發揮著關鍵作用，其保護配置的合理性尤其重要。本文首先介紹了中壓電動機的常見故障和保護配置。然后通過分析某廠發生的保護動作事件，提出某核電廠電動機保護配置的優缺點。最后，對某核電廠中壓電動機保護提出了一些優化改進建議。

【關鍵詞】中壓電動機；保護配置；優化

0 引言

近年來核電廠單臺機組裝機容量越來越大。大容量機組除了提高能量的轉換效率，為我們提供更多的電能，同時也對各輔機設備提出了更高的要求。特別是核電廠內的大型電動機，如電動給水泵電動機，凝結水泵電動機等。如這些電動機的保護配置，保護整定值不合理，輕則影響電廠正常運行，重則導致機組跳閘，電廠與電網解裂，造成嚴重的經濟損失和不良的社會效應。因此有必要研究和探討核電廠大型電動機的保護配置問題。

1 某核電廠中壓電動機保護基本配置

某核電廠采用SPAM-150C電動機綜合保護控制裝置作為6kV電動機的主保護裝置。SPAM-150C配有速斷保護、接地過電流保護、三相不平衡保護、長起動保護（堵轉保護）、過熱保護、低電壓保護。另外，主泵、主給水泵、循環水泵單獨配備了SPAE-010型高阻抗差動保護裝置。

2 中壓電動機保護動作事件

2.1 三相不平衡保護

2.1.1 事件介紹

事件一：

某廠廠用電6kV電動機在相鄰機組主變送電時，曾多次發生廠用電動機意外跳閘事件。

① 2015年5月16日20：59，運行人員操作0GEW430JA給2號主變送電時，在主變合閘沖擊過程中導致1號機組1RRI001PO、1DVN006ZV和0SAP403CO三臺6kV廠用電動機跳閘。

② 2015年5月17日04：24分，2號主變第二次送電過程中再次導致1號機組1RRI001PO跳閘（第一次跳閘后，臨時修改了三相電流不平衡t.Δset值，由原來的40s改為100s，第二次沖擊時仍跳閘）。

事件二：

2016年5月19日，某電廠主控正常啟動2ASG002PO（2LHB011JA）時，運行約40s后，電動機因不平衡保護動作跳閘。

2.1.2 原因分析

事件一：通過調取綜保裝置的動作記錄，誤跳的電動機電流不平衡度達到77%，時間持續100%，不平衡保護出口跳閘。由此，可判斷是外電網電壓波動，引起中壓段電動機誤跳閘。

事件二：通過調取綜保裝置的動作記錄，電動機三相電流不平衡度動作值為33%，時間持續100%，2ASG002PO不平衡保護出口跳閘。經查明為電動機端的動力電纜B端子松動，接觸電阻變大，導致保護動作跳閘。

通過上面兩起事件得出兩個結論：

（1）不平衡保護容易因外部電壓波動及回路電阻不平衡動作。

（2） SPAM-150C綜保不平衡保護內部算法采用反時限，無法通過修改定值完全避免保護誤動。

2.1.3 現場應對措施

（1）修改保護定值

在事件一中，主變第一次沖擊后，為避免不平衡保護再次誤動，我廠首先修改了中壓段運行電動機的不平衡保護定值（t.Δset從40s修改為120s）。但主變第二次沖擊時，仍有一臺電動機因三相不平衡保護誤動跳閘，未能解決誤動情況。

（2）通過投退壓板，臨時退出三相不平衡保護功能

由于無法通過修改定值完全避免保護誤動，最后通過在相鄰機組變壓器沖擊時退出保護，避免保護誤動。

2.2 過熱保護動作事件

2.2.1 事件介紹

某核電廠工程在調試階段就出現過電動給水泵啟動時因熱過負荷保護誤動而跳閘的情況。經現場檢查接線和調取保護裝置自身錄波發現，開關柜內電動給水泵饋線的 CT 二次觸頭因安裝不牢脫落，致使電動機饋線進入繼電保護裝置的三相電流缺相。因電動機功率較大，電動機啟動時電流較大、啟動時間約19s，保護裝置沒能躲過電動機啟動就動作跳閘。但檢查保護裝置定值，并沒有發現整定值錯誤。

2.2.2 原因分析

3 某核電廠中壓電動機保護配置優化

3.1 三相不平衡保護介紹

某核電廠采用SPAM-150C型的三相不平衡保護單元作為該廠的三相不平衡保護。三相不平衡保護單元由一個單相保護和一個反時限電流不平衡保護組成。

三相不平衡保護動作時間特性曲線t2.op=f（t.Δset，ΔI%）。

3.2 三相不平衡保護改進

由于三相不平衡保護是通過比較電流的差值，往往不能判斷是區內或區外故障所致。因此，當定值設置偏小時，容易因外電網波動而誤動，定值設置偏大時，卻又不能及時發現區內故障及時切除故障點。因此在條件允許的情況下，可以優化某核電廠電動機保護裝置，配備帶負序功率方向閉鎖功能的負序電流保護。

帶負序功率方向閉鎖功能的負序保護特點是，當高壓系統（區外故障）不稱短路、線路非全相運行及廠用系統兩相短路時，電動機保護安裝處的一次負序電流方向指向系統（負序電流指向故障點），負序功率正方向指向電動機，保護測量的負序功率為正值，負序過電流保護不動作；當電動機定子繞組兩相短路時（區內故障），負序電流指向電動機，把保護測量的負序功率為負值，負序過電流保護動作。

經方向元件閉鎖的負序電流保護具有以下特點：1）靈敏度高，不受負荷分量、過渡電阻的影響；2）方向元件只反應區內故障，反方向及死區均不考慮；3）方向僅與系統側阻抗有關，與被保護對象（電動機）無關，方向元件原理簡單。

3.3 電動機過熱保護介紹及優化

目前多數微機型電動機繼電保護裝置主要采用的是熱模型過負荷保護，基于負荷電流計算得到等效電流Ieq，生成一個描述電動機熱容量的熱模型。

某核電廠過熱保護只考慮了相電流I的熱效應未考慮負序電流的熱效應，Ieq=I。當電動機存在一個負序電流I2時（假設未達到不平衡保護動作值），此時熱積累模型計算出的熱積累值將比實際熱積累值小，就會造成動作時間過長，可能使電動機損壞。

某核電廠通過更換能區分正負序電流的過熱保護，可以提高過熱保護的動作可靠性。

4 結論

本文通過分析三相不平衡保護和過熱保護誤動事件原因，提出了某核電廠中壓電動機保護配置上存在的缺陷。最后，建議將某核電廠三相不平衡保護修改成帶功率方向的負序電流保護；修改熱保護熱累計計算方法。

[責任編輯：許麗]