廠用高壓電動機接地故障越級動作原因分析

田 軍

(武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限公司,山西長治 046300)

1 故障的過程

某電廠的一臺10 kV廠用電動機在啟動過程中發(fā)生單相接地短路故障,電動機保護裝置 “零序保護”未動作,電動機開關未跳閘,故障未能切除,造成機組發(fā)變組保護裝置 “高壓廠用變分支零序過流”保護動作,越級跳10 kV段工作進線開關;“廠用變分支零序過流”保護動作判斷為10 kV段母線故障,高廠變保護出口閉鎖快切,致使10 kV段失電,10 kV段所帶廠用電動機 “低電壓保護動作”全部跳閘,MFT動作,機組全停。保護越級動作會造成非常嚴重的后果,是反措重點防范的事故,事后該廠技術人員對事故原因進行了著重分析,并對廠用電動機 “零序保護”邏輯進行修改。

2 廠用電系統(tǒng)接線

機組設高壓廠用變壓器 (20 kV/10 kV 68/40-40 MVA無勵磁調壓分裂變壓器)作廠用電源,設兩個10 kV高壓廠用工作段 (10 kV A段、10 kV B段),雙套輔機電動機分別接于兩個工作段,每臺電動機配置單獨電動機保護裝置。10 kV系統(tǒng)中性點經中阻接地。發(fā)變組保護裝置 “廠用變分支零序過流”保護電流模擬量取自高壓廠用變壓器低壓側分支中性點零序CT(變比100/1 A);電動機保護裝置 “零序過流”保護電流模擬量取自電源側中性點零序CT(變比100/1 A)。

3 故障動作分析

3.1 故障錄波分析

根據故障錄波 (故錄)圖,84 ms 10 kV B段A相電壓由60 V突降至25 V,B、C相電壓由60 V上升至78 V,零序電壓由0 V上升至62 V,A相電流由0.324 7 A上升至0.345 0 A,B、C相電流基本保持不變,零序電流由0 A上升至1.181 A(零序CT變比為100/1)。通過波形數據分析為10 kV B段發(fā)生A相接地故障,故錄啟動時,10 kV B段三相電流及零序電流分別為:Ia=0.345 0A角度0.16°(CT變比4 000/1),Ib=0.320 2 A角度為120.21°(CT變比4 000/1),Ic=0.324 1 A角度117.73°(CT變比4 000/1),I0=1.181 0 A(CT變比100/1),一次電流118.1 A。

按故錄三相電流計算零序電流為:I0=Ia+Ib+Ic=0.034 9 A(CT變比4 000/1,零序CT變比100/1),折算至一次電流為139.6 A,與故錄采集的零序互感器二次側電流基本一致。

662 ms發(fā)變組保護A柜 “高廠變B分支零序過流t1”保護動作,動作電流1.216 9 A(定值0.8 A,0.7 s)。643 ms發(fā)變組保護B柜 “高廠變B分支零序過流t1”保護動作,動作電流1.196 7 A,跳開機組10 kV B段工作進線開關,“分支零序過流t1”保護出口閉鎖快切裝置,10 kV段快切裝置未切換。

3.2 故障原因分析

在故障發(fā)生時,只有10 kV B段一臺電動機啟動,除此外無其他操作,對10 kV B段所有開關設備外觀檢查未發(fā)現異常。檢查10 kV B段保護裝置,所有電動機跳閘,均為 “低電壓保護”動作。對該電機停電后遙測絕緣,三相對地絕緣為0,對電機解體檢查發(fā)現為A相線圈槽口接地。接地時,接地一次電流為118 A,已經超過該試運電機保護裝置零序保護定值 (零序保護定值0.6 A,0.4 s)及發(fā)變組 “高廠變B分支零序過流t1”保護動作定值 (定值0.8 A,0.7 s定時限),但電機保護裝置零序保護未啟動,造成保護越級跳閘。

圖1 故障時主要參數波形

10 kV電動機保護裝置為WDZ-430型微機保護,保護裝置接地保護邏輯中,為防止在電動機較大的啟動電流下,由于零序不平衡電流引起本保護誤動作,保護采用了最大相電流做制動量 (參見圖2)。動作方程為

式中:I0——電動機的零序電流倍數;

I0dz——零序電流動作值,A;

Ie——電動機額定電流,A;

t0dz——整定的接地保護動作時間,s;

t0——接地保護動作時間,s。

圖2 接地保護特性曲線

查閱該試運電機保護裝置,電機在啟動時的最大相電流為2.78 A(二次),電機額定電流0.24 A(二次),按照動作特性曲線計算,當 I0＞2.18 A(二次)時才會動作,折算到一次側I0＞218 A時才會動作,而故障時的接地電流為120 A左右,因此電機零序保護不動作,發(fā)變組保護 “高廠變B分支零序過流t1”保護動作越級跳閘。

3.3 電動機保護裝置“零序保護”邏輯分析

10 kV保護裝置WDZ-430零序保護原理不合理,在電動機正常啟動過程中可防止啟動不平衡電流造成的保護誤動,但當電動機啟動過程中發(fā)生單相接地短路,最大相制動電流將為啟動電流與接地電流之和,零序保護定值按比率制動增大,本次電機接地故障為非金屬性接地,接地電流約為120 A,零序保護裝置動作定值抬高至218 A,遠大于接地電流,保護未動作。

4 電動機零序保護邏輯修改

將電動機零序保護邏輯修改為零序過流保護,動作方程為

5 結束語

10 kV電動機零序保護邏輯修改為定時限后,改善了10kV電動機零序保護定值與發(fā)變組“高廠變分支零序過流”保護定值的配合問題,防止在電動機啟動過程發(fā)生接地短路抬高零序動作定值造成保護越級跳閘的隱患。

[1] 邵玉槐,秦文萍.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].北京:中國電力出版社.2008:174.