循環水泵電機差動保護投運數據異常分析

莊鳳華

(廈門華夏國際電力發展有限公司，福建 廈門 361026)

0 引言

循環水泵是發電廠的主要輔機之一，其主要作用是給汽輪機凝汽器提供冷卻水，用以冷卻凝結汽輪機排汽。循環水泵作為實現動力循環的重要組成部分，對電廠的安全和發電十分重要。

根據GB 14285—2016《繼電保護和安全自動裝置技術規程》規定，電機容量大于2 000 kW，或者2 000 kW以下但電流速斷保護靈敏度系數不符合要求的電機，可裝設差動保護。然而，可能造成電機試轉和運行啟動時出現差動保護誤動的因素有很多，如電機差動保護配備的電流互感器同型系數不為1、安裝過程中電流互感器二次接線錯誤、差動保護電流互感器到差動保護裝置的電纜阻抗過大、調試中繼電保護試驗不完善等。

為了保證循環水泵電機的安全、穩定運行，以某電廠循環水泵電機差動保護投運時數據異常為例，對電機差動保護的基本原理和誤動原因進行深入分析，提出解決辦法，以便為類似事故的預防提供有益借鑒。

1 差動保護原理

差動保護是反映被保護元件(區域)各側電流差而動作的保護裝置，差動保護的電流互感器安裝在被保護設備的各側，在正常運行和外部故障時，流入差動保護的差動電流為不平衡電流，通過適當選擇各側電流互感器的變比、接線方式、外部電纜截面等，使不平衡電流值相對較小，差動保護不會動作；當發生內部故障時，流入保護的差動電流大大增加，保護動作跳開相應的開關。由于其原理簡單、保護范圍明確及動作快速，差動保護能夠起到保護設備并防止故障擴大的作用，為大型高壓電氣設備廣泛采用。

某公司循環水泵電機采用的是基于比率制動的縱聯差動保護，即：在電動機兩側(中性點側與開關側)裝有兩組變比相同的電流互感器，按環流法連接將該相的差流回路接入電流繼電器，當差動電流滿足動作判據時，保護動作出口跳閘。

2 電機差流異常分析

在電流互感器接線和電動機狀況正常的情況下，電機差動電流很小；如果差動電流或者不平衡電流較大，就會造成差動保護誤動作，其原因分析如下。

(1) 查看電機兩側的電流互感器的容量和型號，如果不同或者相差過大，會造成兩側電流值不同，從而導致差動保護誤動作。

(2) 查看繞組兩側的電流互感器接線情況，接線錯誤會造成電流互感器相序的不對應，從而導致差動保護誤動作。

(3) 查看電流互感器極性是否對應，極性不對應會導致差動保護誤動作，極性不對應包括一個極性不對應、兩個極性不對應和三個極性不對應。

(4) 查看保護裝置中同相兩側電流是否成一定比例，由此判斷兩側電流互感器變比是否相同，變比不同會引起差動電流，從而導致差動保護誤動作。

以上引起差動保護誤動的具體原因，在實際情況中常常不是單一出現的，因此，在檢查差動保護誤動作原因時，應予以綜合考慮。

3 循環水泵電機差動保護數據異常分析

3.1 電機接線及故障

某電廠循環水泵差動保護的接線情況如圖1所示。采用電機容量為2 300 kW/1 750 kW的雙速電機，6 kV開關為ABB公司的高壓開關，相應保護配置為ABB公司的REF-542微機保護。開關側電流互感器(400/5，5P20/25VA)三相星形接線。中性點側為電機廠配置的電流互感器(400/5，5P20/25VA)。

圖1 差動保護的接線

由于中性點只配置a，c兩相電流互感器(不完全星形接法)，中性點CT進入差動保護的b相電流是由a，c兩相相加后的電流(-Ib)，為正確取得b相的差流，該電流反向進入b相差動元件，即a，c相電流分別流入保護裝置的a，c相差動元件的頭部，而從其尾部出來的電流相加后接入裝置b相差動元件的尾端，再從其頭部出來后作為中性點CT的n線電流再重新回到中性點CT的不完全星形中性點上。

該電機是在運行中發生故障，返回生產廠家重新換完線圈并檢修試驗合格后送回公司；在公司另行安排了抽轉子檢查，試驗正常后投運。第一次投運時，低速接線方式(1 750 kW)由于功率低于2 000 kW，差動保護退出，運行正常；停運后，改成高速接線方式(2 300 kW)。由于要檢測差流情況，差動保護投入信號，繼保人員在6 kV開關室進行檢查，2B循環水泵開關ABB微機保護裝置顯示故障異常，差動保護A，C兩相均有差流且均為0.87Ie。

3.2 故障分析

3.2.1 初步分析

一次系統檢查時，對循環水泵電機進行絕緣檢測，顯示無異常；二次系統檢查時，對循泵電機側電流互感器進行拆蓋檢查，顯示接線端子緊固正常；解線對電流互感器接線進行絕緣檢查，其對地及相間絕緣均達到50 MW以上。

電機的二次回路和中性點電流互感器均為原配的電流互感器，二次電纜和二次負載都經過核算，滿足相應要求。因此，初步分析故障原因在二次回路接線上。

3.2.2 深入分析

該電機裝置的所有保護及保護定值設置(二次電流)見表1。

表1 電動機保護裝置定值

根據中性點CT b相電流進入差動元件的接法，其電流計算公式為：

根據保護裝置ABB REF-542說明書，差動保護差流和制動電流的計算公式為：

保護裝置的采樣電流、差流及制動電流情況見表2。

表2 采樣電流、差流及制動電流值 單位：A

從表2可知，開關側電流采樣值正常，而中性點側B相異常；差流A相正常，而B，C兩相異常，差流為0.87Ie。

由于中性點采樣電流B相異常，從圖1 CT二次接線圖可知，B相電流是A，C相合成電流，因此分析是C相電流極性接錯所致。

采用相量分析法做進一步分析，如圖2所示。

圖 2 中性點CT C相極性接反相量圖示

由圖2可得：

由于Ic極性接反，

根據上述分析可知，Ib值與采樣值215 A基本吻合；IB_b值與采樣值0.58Ie基本吻合；IC_b值與保護裝置采樣值0.44Ie基本吻合。問題應該在中性點CT的C相電流極性上，打開中性點CT接線箱發現每一相有4根線。

折開C相的4根電纜重新對線，發現電機繞組尾部的2根電纜跟與另外2根電纜交叉了，這樣接線使中性點的CT極性剛好相反，該接線錯誤源自于返修電機廠。調整接線后重新進行試驗，差流和采樣均顯示正常(見表3)。

表3 調整接線后差流及采樣值 單位：A

3.2.3 其他可能的接線錯誤分析

用相量分析法做同樣的分析，可以得出其他接線錯誤下的差流和制動電流關系(見表4)，設電機的實際電流為I。

表4 各種接線錯誤差流與制動電流匯總

4 處理建議

基于該電廠循環水泵差動保護數據異常的分析和處理，提出以下建議。

(1) 加強相量計算及分析。異常數據分析結合相量及相關計算，能夠精準定位異常，確保處理準確、快速。

(2) 敦促電機檢修廠加強規范管理，確保出廠接線正確，應在接線圖上標明出線的每個端子連接內部接線情況。

(3) 加強系統調試。檢修調試單位應按照GB 50150—2006《電氣設備交接試驗標準》，認真核對確認現場接線是否正確，并通過帶負荷試驗驗證差動保護的正確性。