發(fā)電廠電動給水泵異常跳閘分析

【摘 要】針對一起6kV保護跳閘故障，通過對故障電流的變化進行分析，找出事故發(fā)生原因，提出了相應(yīng)的解決方法和措施。分析結(jié)果表明，故障是有電流二次回路兩點接地造成的。

【關(guān)鍵詞】差動保護；制動電流；啟動電流；兩點接地

2013年5月16日13時47分，某廠#2機A電動給水泵跳閘，B電動給水泵聯(lián)鎖啟動正常。檢查#2機A電動給水泵差動保護裝置動作，故障報文顯示：C相比率差動保護動作，A相差動電流（Icda）0.09A、B相差動電流（Icdb）0.01A、C相差動電流（Icdc）1.34A，A相制動電流（Izda）2.85A、B相制動電流（Izdb）2.86A、C相制動電流（Izdc）2.16A，動作時間0.1s。從報文中看出，C相差動電流值達到1.34A，超過差動保護定值1.04A，保護動作出口，開關(guān)跳閘。

1.檢查處理情況

（1）對#2機A電動給水泵電動機進行絕緣電阻、直流電阻、直流泄露、交流耐壓試驗，試驗結(jié)果合格。

（2）對電動機高壓電纜進行絕緣電阻、直流泄露試驗，試驗結(jié)果合格；對開關(guān)側(cè)及電動機中性點側(cè)電流互感器進行絕緣電阻、變流比、伏安特性、交流耐壓試驗，試驗結(jié)果合格；對開關(guān)側(cè)過電壓保護器進行絕緣電阻測試、過電壓動作值測試，試驗結(jié)果合格。

（3）對電動機差動保護裝置進行校驗，試驗結(jié)果合格。

（4）對差動保護電流二次回路進行絕緣電阻測試、通流試驗，試驗合格。檢查電流回路接線緊固、無松動現(xiàn)象，檢查電動機中性點CT出線處電流電纜穿出管線處有人為踩踏跡象（見圖1），剝開電纜外蛇形管，發(fā)現(xiàn)電纜線有損傷，損傷嚴重線芯為電動機中性點電流互感器二次電流C相中性點N端電纜線芯（見圖2），后對損傷電纜進行了絕緣處理。

以上工作結(jié)束后，于2013年5月16日22時15分啟動#2機組A電動給水泵正常，三相電流平穩(wěn)，無差流越限，各項參數(shù)合格，目前運行工況良好。

2.調(diào)查經(jīng)過

（1）調(diào)取監(jiān)控錄像，對#2汽機0m電動給水泵過道處及#2電動給水泵監(jiān)控進行錄像回放，在5月16日13時30分至14時區(qū)間段內(nèi)發(fā)現(xiàn)有施工人員在電泵處工作。

（2）對地面刷漆施工人員調(diào)查，當天中午，確實有施工人員加班干活。但施工是否有人踩踏過A電動給水泵中性點電纜，沒有人承認。由于監(jiān)控攝像拍攝不到該位置，現(xiàn)無法查找到當事人。

圖1 檢查電動機中性點CT出線處 圖2 損傷電纜

3.原因分析

某電廠電動給水泵差動保護二次回路接線圖見圖3。

圖3 電動給水泵差動保護二次回路接線圖

3.1 理論分析

差動保護誤動主要有以下幾種原因：①二次側(cè)負載在流過短路電流下不能滿足CT10%誤差曲線的要求。從試驗結(jié)果看到，互感器二次繞組伏安特性滿足10%誤差曲線的要求。②CT不同型號引起的誤差。開關(guān)側(cè)電流互感器型號為：LZZBJ9—10，差動二次繞組：級別，5P10，負荷容量40VA。中心點側(cè)電流互感器型號為：LZZBJ9—10，差動二次繞組：級別，10P15，負荷容量40VA。型號相同，二次負荷容量相同。③CT本身存在誤差。指互感器鐵芯飽和程度對不平衡電流的影響。實測正常運行時互感器的不平衡電流約0.02～0.06A。在合格范圍內(nèi)。④CT二次回路接線錯誤。設(shè)備已運行6年，均正常，未進行過線路改造。⑤差動保護二次電流回路有兩點或多點接地方式。

按照《GB/T 14285—2006繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，“電流互感器的二次回路必須有且只能有一點接地”的要求，電流互感器二次回路有一點接地，是為了保證人身和設(shè)備的安全，同時又是繼電保護正確動作的基礎(chǔ)條件。電廠內(nèi)同一接地網(wǎng)絡(luò)之間并非絕對等電位面，在不同點之間會出現(xiàn)電位差。當有較大的接地電流注入地網(wǎng)時，各點間可能會有較大的電位差差值，此時不同接地點之間的電位差將在電流線圈中產(chǎn)生極大的額外電流，產(chǎn)生的電流將流入保護裝置，影響差動保護裝置動作的準確性甚至使之誤動。

由圖2可知，中性點電流互感器二次回路C相中性點N端電纜線芯有損傷。但電纜絕緣測試、通流試驗均合格，卻依然不能排除損傷后電纜線芯接地的可能性。圖3中可看出，接地應(yīng)為受損傷的C相中性點N441處接地，此時差動保護二次回路為兩點接地運行狀態(tài)。

3.2 計算分析

（1）電動給水泵電動機差動保護動作定值及原理，見圖4。

圖4 電動給水泵電動機差動保護動作定值

電動機差動保護為電動機內(nèi)部短路的保護，當電動機內(nèi)部發(fā)生某些短路性故障的時候，在電動機兩側(cè)的電流互感器CT的二次回路中將產(chǎn)生大小相同，相位不同的短路電流，當這些短路電流的向量和即差動電流，達到差動定值條件時，跳開電動機斷路器，起到減小電動機損壞的保護作用。

圖4中， Id為差動動作電流，Id=|Ih+Il|，Ih，Il分別為同相的開關(guān)側(cè)、中心點側(cè)電流。Ir為制動電流，Ir=1/2|Ih-Il|；Icd為差動電流動作門檻定值（1.04A）；Icdsd為差動電流速斷動作門檻定值（20.8A）；Ib為比率制動特性拐點電流定值（3.47A）；KID為比率制動系數(shù)（0.5）。

當制動電流Izd小于比率制動特性拐點電流定值Ib時，因此在此范圍內(nèi)，只要差動電流Icd大于差動電流動作門檻定值時，差動保護動作；當制動電流Izd大于比率制動特性拐點電流定值Ib時，此時保護開始進行比率制動運算，曲線抬高，此時只有當差動電流在比率制動曲線以上時保護才動作。圖4中紅點為此次事件的動作點，為第一種差動保護動作現(xiàn)象。

（2）按照電動機差動保護的原理，此時若為內(nèi)部（電動機或電纜）短路故障，開關(guān)側(cè)電流Ih和中心點側(cè)電流Il將為流入大小相同、相位不同的故障點的短路電流，根據(jù)制動電流=1/2|Ih-Il|公式計算，此時的制動電流應(yīng)為大于比率制動特性拐點電流定值（3.47A）的電流值，而本次事件的制動電流動作值為2.16A，不符合電動機差動保護內(nèi)部電流故障的動作邏輯。

根據(jù)本次動作事件報文：C相差動電流（Icdc）1.34A，A相制動電流（Izda）2.85A，B相制動電流（Izdb）2.86A，C相制動電流（Izdc）2.16A。

套入公式Icd=|Ih+Il|，Izd=1/2|Ih-Il|，按照無內(nèi)部短路故障時相位相同進行計算，得出開關(guān)側(cè)電流Ih=2.83A，中性點側(cè)電流Il=1.49A，可看出開關(guān)側(cè)電流Ih為當時電動機運行電流，換算至電動機一次側(cè)電流應(yīng)為342A（CT變比600/5×Ih），此時理論上中性點側(cè)電流Il也應(yīng)為2.83A，卻形成了1.34A的差動動作電流值。

此現(xiàn)象只有電流二次回路分流造成開關(guān)側(cè)、中心點側(cè)電流大小不同，但相位又相同的不平衡電流，此不平衡電流達到差動電流動作值時，保護動作。（由于本保護裝置無故障錄波功能，故對電流相位只能為理論計算分析，同時本保護裝置無二次諧波制動功能，故對此處不進行論證）。

4.防范措施

（1）檢修人員應(yīng)在技術(shù)監(jiān)督及保護定檢工作中要加強二次回路絕緣電阻測試等檢查工作。

（2）人為因素造成二次回路事故很難調(diào)查，因為責任人總是想隱瞞真相，應(yīng)在生產(chǎn)現(xiàn)場主機、主要輔機設(shè)備加裝攝像頭，實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)全覆蓋，避免人為因素造成設(shè)備誤動。

（3）對廠內(nèi)電氣設(shè)備接地進行嚴格排查，尤其對設(shè)備電纜埋管、設(shè)備外殼、電纜橋架等定期進行接地電阻導通測試。

（4）加強生產(chǎn)現(xiàn)場檢修、運行人員的設(shè)備成品保護意識，尤其加強對生產(chǎn)現(xiàn)場外協(xié)施工人員及保潔維護人員的技術(shù)交底及監(jiān)督，避免人為因素造成設(shè)備誤動。

5.結(jié)語

根據(jù)調(diào)查經(jīng)過及理論、計算分析，可判斷某廠#2機A電動給水泵電機中性點C相電纜被踩踏后，造成差動保護二次回路為兩點接地運行狀態(tài)，此時開關(guān)側(cè)接地點為等電位完全接地方式，中性點側(cè)C相接地為靠近電纜埋管的不完全接地方式，在兩個接地點之間存在很大的地電位差，此電位差將在繼電保護裝置電流線圈中產(chǎn)生極大的額外電流，該電流造成了差動保護誤動。

參考文獻：

[1]江蘇電力公司.繼電保護原理與實際技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2006.

作者簡介：

高建忠（1975-），男，工程師，主要從事發(fā)電運行及電氣自動化技術(shù)工作。