廠用6 kV系統(tǒng)零序保護(hù)誤動及二次接線的分析

王 娟

1 給水泵運(yùn)行方式及保護(hù)配置情況

大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司有3臺電動給水泵，正常情況下，2臺給水泵運(yùn)行，2臺給水泵備用，機(jī)組啟、?；虻拓?fù)荷時(shí)，可1臺給水泵運(yùn)行。給水泵電機(jī)額定功率為5 100 kW，配有南京東大金智電氣自動化有限公司W(wǎng)DZ-430綜合保護(hù)裝置和WDZ-431差動保護(hù)裝置。其中給水泵A、B只有1個(gè)電源供電，電動給水泵C有Ⅰ、Ⅱ2個(gè)電源供電，Ⅰ、Ⅱ電源合閘互相閉鎖，正常運(yùn)行時(shí)只能投入1個(gè)電源。

2 給水泵零序CT保護(hù)誤動分析

在用6 kV A段電動給水泵CI電源和B段電動給水泵CⅡ電源分別送電給水泵C起動時(shí)，Ⅱ電源綜合保護(hù)裝置和差動保護(hù)裝置無異?，F(xiàn)象，而Ⅰ電源綜合保護(hù)裝置接地保護(hù)動作（保護(hù)定值為0.4 A，折算到一次側(cè)為18 A），動作電流折算到一次側(cè)竟高達(dá)120 A。

高壓電纜屏蔽線接地有如下要求：三芯電力電纜終端處的金屬護(hù)層必須接地良好；塑料電纜每相銅屏蔽和鋼鎧應(yīng)錫焊接地線（油浸紙絕緣電纜鉛包和鎧裝應(yīng)焊接地線），電纜通過零序電流互感器時(shí)，電纜金屬護(hù)層和接地線應(yīng)對地絕緣，電纜接地點(diǎn)（電纜接地線與電纜金屬屏蔽的焊點(diǎn)）在互感器以下時(shí)，接地線應(yīng)直接接地；接地點(diǎn)在互感器以上時(shí)，接地線應(yīng)穿過互感器接地，接地線必須接在開關(guān)柜內(nèi)專用接地銅排上，接地線須采用銅絞線或鍍錫銅編織線，接地線的截面必須符合規(guī)程要求。

根據(jù)對屏蔽線接地的要求，由圖1可以看到：在用6 kV B段電動給水泵CⅡ電源送電給水泵時(shí)，此電纜回路中有3個(gè)屏蔽線的接地點(diǎn)，電纜1屏蔽線3在零序CT1以下直接接地，電纜2屏蔽線5在零序CT1以下直接接地，以上屏蔽線接地都是正確的。再來看屏蔽線4，它作為電纜1另一頭的屏蔽線，對于零序CT2來說應(yīng)穿過零序CT2后接地，但仍然存在零序電流，后將屏蔽線4去掉后零序電流消失，給水泵正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)不再誤動。分析認(rèn)為屏蔽線4在給水泵CⅠ、Ⅱ電源的結(jié)合處，距離零序CT2較近，極有可能產(chǎn)生干擾影響零序CT2的正常輸出。

3 零序CT二次回路接線問題的分析

大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司在#1、#2機(jī)組大修期間，設(shè)備部繼電保護(hù)班的工作人員發(fā)現(xiàn)#1機(jī)同#2機(jī)6 kV廠用電動機(jī)相比較，高壓側(cè)零序電流保護(hù)的二次回路接線有些許不同。#1機(jī)的電動機(jī)零序CT二次接線全部采用串聯(lián)接法，而#2機(jī)部分電動機(jī)采用并聯(lián)接法。我們知道，在單根電纜上的2個(gè)及以上的電流互感器的二次回路串、并聯(lián)，有增加電流互感器二次帶負(fù)載能力和改變互感器變比的作用。但當(dāng)電動機(jī)由2根及以上電纜供電，每根電纜上都套1個(gè)零序CT，不同零序CT的二次有的并聯(lián)有的串聯(lián)送入綜保裝置。這種接線方式同單根電纜上套2個(gè)及以上CT有明顯的不同，它不僅與一次電纜的安裝方式有關(guān)，而且還牽扯到復(fù)雜的整定計(jì)算過程。通過多方考證終于形成了新的解決方案。

圖1 給水泵CⅠ、Ⅱ電源主接線圖

3.1 電動機(jī)零序保護(hù)定值

為了把問題解釋清楚有必要先從整定計(jì)算的角度把零序過流保護(hù)定值的由來介紹一下，現(xiàn)以#1機(jī)廠用系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。

零序過電流保護(hù)是根據(jù)最小運(yùn)行方式下#1廠用高變6 kV母線任一點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí)的最小短路電流為參考進(jìn)行計(jì)算，需要指明的是#1廠高變低壓側(cè)為中阻接地系統(tǒng)。

#1廠高變低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)40Ω電阻接地，其電阻標(biāo)幺值為：

據(jù)變壓器廠家提供資料：H.V.開路、L.V.1加電、L.V.2開路、Z0=0.034Ω，其零序阻抗標(biāo)幺值為：

6 kV母線發(fā)生單相接地故障時(shí)，復(fù)合序網(wǎng)中的零序阻抗標(biāo)幺值為：

6 kV母線發(fā)生單相接地故障時(shí)，復(fù)合序網(wǎng)中的正（負(fù)）序阻抗標(biāo)幺值為：

（由電廠高變參數(shù)得，計(jì)算過程省略。）

6 kV母線發(fā)生單相接地故障時(shí)，有名值計(jì)算如下：

為了滿足可靠性要求，取可靠系數(shù)為1.15；為了滿足靈敏度需要，取靈敏度系數(shù)為2。定值計(jì)算如下：

3.2 零序互感器串并聯(lián)輸出容量的分析

有了定值還必須與CT二次接線配合考慮，以單臺電動機(jī)由2根電纜供電且每根電纜上套型號、變比均相同的電流互感器為例。假設(shè)其中1根電纜任一點(diǎn)發(fā)生單相接地，則2個(gè)零序CT中都將感應(yīng)出零序電流。由于不經(jīng)過電機(jī)繞組，可將電纜電抗忽略計(jì)算，則2個(gè)零序CT中產(chǎn)生的零序電流接近相等。如果采用二次串聯(lián)的接法CT變比將擴(kuò)大1倍，相應(yīng)的保護(hù)定值必須縮小1倍。而采用二次并聯(lián)的接法CT變比維持不變，但是會不會產(chǎn)生分流現(xiàn)象降低保護(hù)可靠性呢？到底哪種接法既正確又能夠與定值配合呢？

經(jīng)查《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》9.2.4條有詳細(xì)論述，“同一回路中有2根以上電纜并聯(lián)時(shí)，一般在每根電纜上各裝1只零序電流互感器，其二次繞組的連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)2種。以得到最大的零序輸出容量為條件：當(dāng)負(fù)載阻抗等于零序電流互感器的內(nèi)阻抗（零序電流互感器二次線的漏電抗和電阻）時(shí)，串聯(lián)和并聯(lián)是一樣的；若負(fù)載阻抗大于內(nèi)阻抗，則以串聯(lián)為大；反之，以并聯(lián)為大”。

零序電流互感器串聯(lián)接線計(jì)算過程，如圖2所示。

圖2 零序CT串聯(lián)用計(jì)算圖

由圖2可見零序CT串聯(lián)時(shí)：

式中，E為零序電流互感器的電勢；Z1為零序電流互感器的內(nèi)阻抗；Zj為零序電流互感器的負(fù)載阻抗。

繼電器J上得到的輸入容量為：

現(xiàn)將零序電流互感器并聯(lián)接線計(jì)算過程介紹如下，如圖3所示。

圖3 零序CT并聯(lián)用計(jì)算圖

由圖3可見零序CT并聯(lián)時(shí)：

如果零序電流互感器的內(nèi)阻抗與負(fù)載阻抗相等，不難看出串、并聯(lián)二次接法繼電器上得到的輸入容量是相等的。也就是說，零序電流互感器的內(nèi)阻抗與負(fù)載阻抗若相等，其二次回路既可以采用串聯(lián)也可以并聯(lián)接法，不影響保護(hù)裝置的正確動作。

如果負(fù)載阻抗遠(yuǎn)大于零序電流互感器的內(nèi)阻抗，則通過對以上公式進(jìn)行簡單的推導(dǎo)可得出以下結(jié)論：

串聯(lián)時(shí)：

并聯(lián)時(shí)：

可以看出在負(fù)載阻抗遠(yuǎn)大于零序電流互感器內(nèi)阻抗，串聯(lián)接法時(shí)繼電器得到的輸入容量是并聯(lián)接法的4倍。

如果負(fù)載阻抗遠(yuǎn)小于零序電流互感器的內(nèi)阻抗，同樣可以通過對以上公式進(jìn)行簡單的推導(dǎo)可得出如下結(jié)論：

串聯(lián)時(shí)：

并聯(lián)時(shí)：

這樣一來并聯(lián)使得繼電器的輸入容量比串聯(lián)時(shí)擴(kuò)大了4倍。

通過上述理論計(jì)算可以看出，對于單臺電動機(jī)的零序接地保護(hù)而言，如果由2根電纜供電其零序CT二次回路的接線并非串并聯(lián)均可，而是應(yīng)通過對零序CT的直阻和保護(hù)裝置的直阻進(jìn)行精確測量，發(fā)現(xiàn)裝置的直流電阻遠(yuǎn)小于零序CT的直流電阻，由于無法對它們的電抗進(jìn)行準(zhǔn)確測量，我們繼而對部分零序CT二次接線由串聯(lián)改為并聯(lián)進(jìn)行通電試驗(yàn)，檢驗(yàn)其是否有分流現(xiàn)象發(fā)生。試驗(yàn)結(jié)果表明裝置采樣結(jié)果非常理想，沒有任何分流現(xiàn)象發(fā)生。為了確保萬無一失，我們又對并聯(lián)的每只零序CT的二次回路進(jìn)行極性試驗(yàn)，保證了極性的準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

本文根據(jù)大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司6 kV部分高壓電動機(jī)存在2根或3根電纜供電的情況，其零序保護(hù)的CT使用2個(gè)或以上零序CT，且內(nèi)阻抗和二次負(fù)載阻抗不同的實(shí)際情況，分析結(jié)果為宜采用并聯(lián)接線方式。接線改接后保證了繼電保護(hù)裝置采樣的準(zhǔn)確性和保護(hù)動作的可靠性，為魯北廠設(shè)備及機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

［1］GB/T20840.8—2007 互感器 第8部分：電子式電流互感器［2］Q/GDW446—2010 電流互感器狀態(tài)評價(jià)原則

［3］袁季修.電流互感器和電壓互感器.中國電力出版社，2011