6kV高压电动机差动保护误动作分析和处理

ｄｏｉ:１０􀆰３９６９/ｊ􀆰ｉｓｓｎ􀆰１００８￣０１９８􀆰２０１４􀆰０５􀆰０１０６ｋＶ高压电动机差动保护误动作分析和处理Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎｃｏｒｒｅｃｔｔｒｉｐｐｉｎｇｆｏｒ６ｋＶｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｅｌｅｃｔｒｉｃｍｏｔｏｒ李和平(中国能源建设集团湖南省火电建设公司ꎬ湖南长沙４１００１５)摘　要:分析某１０００ＭＷ火电厂机组试运过程中６ｋＶ高压电动机差动保护误动作原因分析ꎬ指出电动机差动保护两侧ＴＡ伏安特性不一致及ＴＡ开路保护器误动作是差动保护误动作的原因ꎬ提出处理方法ꎮ关键词:电动机ꎻ差动保护ꎻ伏安特性ꎻＴＡ开路保护器中图分类号:ＴＭ７７３􀆰４　　文献标志码:Ｂ　　文章编号:１００８￣０１９８(２０１４)０５￣００３２￣０２收稿日期:２０１４￣０４￣１４　　改回日期:２０１４￣０７￣２０１　前言根据电力设计规范ꎬ对于容量２ＭＷ及以上的电动机应装设纵联差动保护ꎬ用于电动机及引出线的相间短路保护〔１〕ꎮ某２×１０００ＭＷ电厂引风机等１８台电动机的差动保护采用某公司的ＳＲ４６９型微机综合保护ꎬ其中引风机、循环水泵电机差动电流采用电动机接线盒内的磁平衡电流互感器产生的电流ꎬ互感器型号ＢＳ－ＭＣ３５Ｂꎻ一次风机、送风机、电动给水泵电机差动电流采用６ｋＶ开关柜内安装的电流互感器(即头部ＴＡ)产生的电流与电动机接线盒内电流互感器(即尾部ＴＡ)产生的电流(如图１)ꎬ两侧互感器型号为ＬＺＺＢ(Ａ)－１０ꎮ为图１　电动机差动保护原理图防止ＴＡ二次回路开路产生过电压ꎬ６ｋＶ开关柜内装有国内某厂生产的ＸＹ－ＣＴＢ－Ｘ型ＴＡ开路保护器ꎮ在机组试运过程中ꎬ电动机差动保护多次发生了误动作ꎮ２　差动保护误动作情况及分析处理在机组锅炉风压、点火冲管２个月试运过程中ꎬ送风机、一次风机、给水泵电机差动保护均发生过误动作ꎬ而采用磁平衡电流互感器的引风机、循环水泵电动机由于只有１个电流互感器ꎬ不存在不平衡电流的问题ꎬ差动保护没有发生过误动作〔２〕ꎮ锅炉风压试验阶段ꎬ送风机、一次风机首次启动时ꎬ差动保护即发生误动ꎬ动作电流为０􀆰３~０􀆰６倍电机额定电流ꎬ误动作后ꎬ对电动机、差动保护装置、ＴＡ开路保护装置以及电流回路接线进行了检查ꎬ均未发现异常ꎮ初步断定电机启动时不平衡电流较大ꎬ于是对电机差动保护头、尾部ＴＡ进行了伏安特性检查ꎮ２􀆰１　伏安特性检查处理１)检查情况经现场检查及查阅有关图纸、试验报告ꎬ头、尾部ＴＡ均为某互感器厂生产ꎬ型号ＬＺＺＢ(Ａ)－１０ꎬ保护等级５Ｐ２０ꎬ但是两侧容量不一致ꎬ尾部为２０ＶＡꎬ头部为１０ＶＡꎬ与设计院图纸要求(两侧均为２０ＶＡ)不符ꎮ再检查其伏安特性曲线ꎬ差􀅰２３􀅰　第３４卷第５期湖　南　电　力ＨＵＮＡＮＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ　２０１４年１０月异也较大ꎬ以送风机Ａ相为例ꎬ电动机额定电流３５７ＡꎬＴＡ变比４００/１ꎬ其伏安特性见表１ꎮ表１　送风机Ａ相ＴＡ伏安特性对比Ｖ电流/Ａ０􀆰０２０􀆰０４０􀆰０６０􀆰０８０􀆰１００􀆰５０１􀆰００尾部ＴＡ电压２１３３１８３４７３９６４０８４６３４７９头部ＴＡ电压１６４２４２２８５２９６３０３３３１３４０２)原因分析为进一步确认其负载能力ꎬ对头部电流互感器进行了通流试验ꎬ当电流加至额定值时ꎬ电流互感器发出异响并伴有轻微振动ꎬ由此可以推断头部ＴＡ选用容量偏小ꎮ通过以上分析ꎬ可以确认电动机首尾端电流互感器容量不一致ꎬ两侧ＴＡ伏安特性差异较大ꎬ启动时产生不平衡电流较大是差动保护误动作的一个原因〔３〕ꎮ３)处理方法查阅差动保护定值ꎬ整定为０􀆰２倍电机额定电流ꎬ动作时间启动时延时４０ｍｓꎬ运行时延时０ｍｓꎮ由于风机启动时间一般为５~８ｓꎬ不平衡电流衰减要经过几秒时间ꎬ调整保护动作时间的方式显然不可行ꎻ增大保护动作电流值虽然可以避免保护动作ꎬ但降低了动作灵敏度ꎮ考虑以上因素ꎬ参建各方决定将送风机、一次风机、给水泵６ｋＶ开关柜侧更换为同厂家、同型号、容量为２０ＶＡ的电流互感器ꎮ２􀆰２　开路保护器检查处理更换６ｋＶ开关柜侧电流互感器后ꎬ差动保护不再动作ꎮ但运行一段时间ꎬ到了机组点火冲管阶段ꎬ送风机、一次风机启动时再次发生过差动保护误动ꎬ新投运的给水泵电机差动保护更数次动作ꎮ以上各次差动保护误动时ꎬＴＡ开路保护器面板报警指示灯均没有动作ꎬ排除其他可能因素ꎬ将重点放在检查ＴＡ开路保护器上ꎮ电动给水泵第１次误动作后ꎬ对ＴＡ开路保护器进行了仔细检查ꎬ发现ＴＡ开路保护器在没有动作的情况下ꎬ其ＡꎬＢꎬＣ相线端子与Ｎ端子之间的绝缘只有１０ＭΩ左右ꎬ远低于厂家说明书上所规定的６０ＭΩꎬ在更换新的ＴＡ开路保护器后ꎬ电机启动后未发生保护误动作ꎮ但在过了一段时间后ꎬ差动保护再次误动作ꎬ在差动保护第４次误动作后ꎬ经参建各方协商ꎬ为了不影响机组点火冲管ꎬ决定暂时将ＴＡ开路保护器退出ꎮＴＡ开路保护器退出后ꎬ冲管阶段电动给水泵差动保护再没有发生误动作ꎮ１)检查情况为了确认ＴＡ开路保护器误动作的原因ꎬ对更换下来的ＴＡ开路保护器进行检查ꎬ发现原来１０ＭΩ左右的开路保护器ＡꎬＢꎬＣ相线端子与Ｎ端子之间的绝缘又大于６０ＭΩꎮ初步判断保护器绝缘值的往复变化是因为保护器受潮所致ꎮ对保护器进行开盖检查ꎬ发现电路板上附着有许多白色盐分ꎬ初步分析认为:设备投运前处于台风季节ꎬ电厂邻近海边湿度大、昼夜温差大ꎬ且保护器的密封性能不佳ꎬ致使保护器内部受潮ꎬ导致保护器误动作ꎮ２)原因分析该ＴＡ开路保护器接线图如图２ꎮ图２　ＴＡ开路保护器接线图正常运行时ꎬ通过ＴＡ开路保护器的电流不超过０􀆰１ｍＡꎬ当ＴＡ二次回路开路或一次测通过大的短路电流时ꎬＴＡ二次电压超过１５０Ｖꎬ开路保护器动作短接该相ꎬ且面板报警指示灯点亮ꎮＴＡ开路保护器动作判别不是直接测量ＴＡ二次的电压ꎬ而是根据端子绝缘值(固定取６０ＭΩ)和流过保护器的电流值综合计算后进行判别〔４－５〕ꎮ由于ＴＡ保护器电路板受潮ꎬ就有可能在电机启动时ꎬＴＡ开路保护器的判别电路达到动作条件而误动作ꎬ保护器动作后将电流互感器二次侧短接ꎮ动作指示灯因受另外电路控制ꎬ只有ＴＡ二次电压达到１５０Ｖ时才会被点亮ꎬ故动作指示灯一直未亮ꎮ从图１可以看出ꎬＴＡ开路保护器与差动保护装置输入电流回路３相分别并联ꎮ当开路保护器只有１相误动时ꎬ误动相流入差动保护装置的不平衡电流减少ꎬ其他２相不变ꎬ差动保护不会误动ꎮ但是当保护器２相或３相动作时ꎬ通过开路保护器将ＴＡ二次侧不同相短接ꎬ由于短路是通过开路保护器内部的继电器触点短接ꎬ且触点受潮接触不可靠ꎬ保护器短接阻抗可能不一致ꎬ导致流入差动保(下转第３６页)􀅰３３􀅰第３４卷第５期李和平:６ｋＶ高压电动机差动保护误动作分析和处理２０１４年１０月不等ꎮ另一方面ꎬＺＭＤ型电能表测量电流有效值时不会滤除高次谐波和非周期分量ꎬ因此出现二次电流为１ｍＡ但有功功率为０的情况ꎮ由于谐波计量在应用上存在争论ꎬ国内对谐波计量也没有强制性标准〔４￣５〕ꎬ以致不同电能表谐波计量功能不相同ꎬ进而造成特殊运行方式下不同电能表计量有功电量不同的局面ꎮ４　结语造成本次电量计量不一致事件的原因为:１)电流互感器在一次电流低于有效测量范围的情况下有较大的测量失真ꎮ２)不同厂家电能表的谐波计量功能和性能不一致ꎮ这些不是因计量装置配置不合理或设备性能达不到标准要求或人为差错引起ꎬ因此不属于计量差错事故ꎮ关于谐波计量的国家标准或行业标准也有待制定ꎮ发电机组单元接线方式下主变空载运行这一特殊情况在湖南省内较少见ꎬ持续时间也不是很长ꎬ由计量误差导致的电量损失相对发电厂发电量而言非常微小ꎮ不过由此产生的下网电量可能会影响发电厂节能指标ꎬ因此具有一定的研究意义ꎮ参考文献〔１〕田生祥.南滩变电所２号主变空载试验〔Ｊ〕.电气试验ꎬ２００２(１):４２￣４５.〔２〕陈向群.电能计量技能考核培训教材〔Ｍ〕.北京:中国电力出版社ꎬ２００３.〔３〕赵修民.电流互感器〔Ｍ〕.太原:山西科学教育出版社ꎬ１９８７.〔４〕卢世为ꎬ蒋紫松ꎬ陈莉ꎬ等.具有谐波计量功能的多功能三相电能表挂网试验结果与分析〔Ｊ〕.电测与仪表ꎬ２００７ꎬ４４(６):２０￣２３.〔５〕徐晴ꎬ姚晓峰ꎬ浦志勇.采用单一计量芯片实现非线性负荷的谐波计量与分析〔Ｊ〕.电测与仪表ꎬ２０１１ꎬ４４(１１):１￣４.作者简介李恺(１９８５)ꎬ男ꎬ学士ꎬ助理工程师ꎬ主要研究方向为电能计量装置的现场检测ꎮ􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘􀤘(上接第３３页)护装置某一相的不平衡电流反而有可能增大ꎬ从而导致差动保护误动ꎮ检查各次故障差动动作电流ꎬ也发现三相差流不一致ꎬ并且每次动作电流也不相同ꎬ最大相动作电流在０􀆰３~０􀆰６倍电机额定电流的范围内波动ꎬ从另外一个方面验证了由于开路保护器短接导致三相差流不平衡ꎬ从而导致保护误动ꎮ３)处理方法ＴＡ开路保护装置的作用是防止ＴＡ二次侧回路开路ꎬ当ＴＡ二次开路时ꎬ及时将ＴＡ二次侧回路短接ꎬ从而起到防止ＴＡ二次回路开路的作用ꎮ但是微机保护装置在设计上已经考虑了ＴＡ二次回路开路ꎬ在电流互感器二次回路上增加ＴＡ开路保护器就显得多余ꎬ反而会因为开路保护器可能的误动作而导致微机保护装置误动作ꎮ因此锅炉点火冲管结束以后ꎬ参建方决定将所有电动机保护回路中的ＴＡ开路保护器退出ꎮＴＡ开路保护器退出后直到机组移交ꎬ再未发生１次差动保护误动作故障ꎮ３　结束语１)电动机差动保护电流如果采用头、尾部电流互感器采样的设计ꎬ应尽量使用同一厂家、同型号、同容量的电流互感器ꎮ２)ＴＡ开路保护器在保护电流回路上无装设的必要ꎬ因为该装置不可靠ꎬ反而可能导致微机保护装置误动作ꎮ３)对于离开关柜距离较远的电动机差动保护ꎬ设计上可以考虑使用磁平衡电流互感器ꎬ虽然在成本上有所提高ꎬ保护范围有所减少ꎬ但提高了电机保护的灵敏度与可靠性ꎮ参考文献〔１〕中华人民共和国住房和城乡建设部.ＧＢ/Ｔ５００６２—２００８电力装置的继电保护和自动装置设计规范〔Ｓ〕.北京:中国计划出版社ꎬ２００９.〔２〕赵勇ꎬ张建成􀆰电流互感器在高压电动机保护上的应用〔Ｊ〕.防爆电机ꎬ２００４(３):４０￣４１.〔３〕蔡光德􀆰大型电动机差动保护误动分析〔Ｊ〕.电力自动化设备ꎬ２００２ꎬ２２(３):７９￣８０.〔４〕靳建峰ꎬ翁利民ꎬ王毅ꎬ等.选择ＴＡ开路保护装置应注意的几个关键问题〔Ｊ〕.通信电源技术ꎬ２０１０ꎬ２７(４):３８￣４０.〔５〕靳建峰ꎬ翁利民ꎬ王毅ꎬ等.ＴＡ开路保护装置技术性能校验的研究〔Ｊ〕.继电器ꎬ２００７ꎬ３５(２３):６２￣６５.作者简介李和平(１９７２)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ主要从事项目管理、电气调试工作ꎮ􀅰６３􀅰第３４卷第５期湖　南　电　力２０１４年１０月