6kV電機(jī)低電壓保護(hù)誤動原因分析及改進(jìn)

李曼，肖堯

(寧夏中寧發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 中寧 755100)

1 電廠概況

寧夏中寧發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡稱中寧公司)總裝機(jī)容量為2×330 MW，發(fā)電機(jī)出口主母線支接1臺40/25－25 MV·A的分裂高壓廠用變壓器(以下簡稱高廠變)，電壓變比為20 kV/6.3－6.3 kV，高廠變低壓側(cè)兩個分裂繞組分別連接A，B兩段高壓廠用工作母線，機(jī)爐6 kV輔機(jī)分別接在這兩段母線上。從該公司220 kV母線引接1臺40/25－25 MV·A有載調(diào)壓分裂繞組變壓器作為機(jī)組啟動/備用電源，電壓變比為230 kV/6.3 kV －6.3 kV，機(jī)組啟停或高廠變故障時，可由啟動/備用變壓器(以下簡稱啟備變)帶機(jī)組負(fù)荷。一次系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

圖1 一次系統(tǒng)接線

中寧公司廠用及公用6 kV高壓電機(jī)全部采用微機(jī)式綜合保護(hù)裝置，型號為PA100－M。按照該公司的整定原則，次要輔機(jī)線電壓低于65 V時經(jīng)0.5 s延時跳閘，重要輔機(jī)線電壓低于40 V時經(jīng)9 s延時跳閘。母線PT二次回路一級空氣開關(guān)(以下簡稱空開)采用3個單聯(lián)空開，綜合保護(hù)裝置電壓采集不設(shè)二級空開，直接由屏頂電壓小母線經(jīng)端子排接入，母線PT二次負(fù)載配置如圖2所示。

2 事故經(jīng)過

2013－07－10，中寧公司#2機(jī)組停機(jī)大修，廠用工作電源IIA段由啟備變公用A段供電，電源進(jìn)線開關(guān)6202 A分，6209 A合。檢修人員在對廠用6 kV IIA段送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置及控制回路斷電進(jìn)行清掃檢查時，凝結(jié)水泵及循環(huán)水泵高壓開關(guān)突然跳閘，綜合保護(hù)裝置故障燈亮，查看故障報文為低電壓保護(hù)動作，動作值為24.38 V，綜合保護(hù)交流電壓界面顯示 UAB=0.97 V，UBC=23.98 V，UCA=24.38 V，隨即檢查母線電壓互感器(PT)控制柜，發(fā)現(xiàn)母線PT二次電壓單聯(lián)小空開A相和B相跳閘，C相正常。經(jīng)現(xiàn)場檢查無故障點，經(jīng)搖絕緣檢測合格后，送上A相空開和B兩相空開，電壓恢復(fù)正常。

3 事故原因分析

因綜合保護(hù)裝置電壓回路三相電壓端子距離較近，且有部分金屬裸露在外，檢修人員清掃檢查時不小心誤碰了A，B兩相，造成了母線二次電壓空開跳閘，引發(fā)了低電壓保護(hù)誤動。那么，是什么原因引起綜合保護(hù)裝置低電壓保護(hù)誤動的呢?

首先確定綜合保護(hù)裝置的電壓采樣及低電壓保護(hù)動作閉鎖邏輯是否正確(如圖3所示)。通過檢查及試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)斷路器處于合閘狀態(tài)時，加入三相正常電壓，每相60 V，相角互差120°，綜合保護(hù)裝置顯示 UAB，UBC，UCA分別為103.91，103.87，103.89 V，同時降低三相電壓，并滿足 UAB，UBC，UCA低于低電壓整定值40 V時，PT斷線閉鎖條件不成立，低電壓保護(hù)投入并經(jīng)延時9 s正確動作跳閘。重新加入三相正常電壓，每相60 V，相角依然互差120°，斷路器處于合閘狀態(tài)，手動斷開 A相電壓時，綜合保護(hù)裝置顯示 UBC為 102.7 V，UAB，UCA則分別為60.0，59.8V，不滿足低電壓保護(hù)動作條件，裝置未出口跳閘。手動斷開 A，B 兩相后，UAB，UBC，UCA分別為0，60.0，59.8V，亦不滿足低電壓保護(hù)動作條件，裝置未出口跳閘。在相同條件下，將三相正常電壓同時斷開后，低電壓保護(hù)動作出口。以上試驗結(jié)果完全符合低電壓保護(hù)動作閉鎖邏輯，且只有一相電壓正常的情況下，低電壓保護(hù)也能可靠閉鎖，但也由此看出，該綜合保護(hù)裝置低電壓保護(hù)缺乏應(yīng)對三相PT斷線情況時的閉鎖出口邏輯，應(yīng)予以優(yōu)化和完善。

圖2 母線PT交流回路

圖3 原低電壓保護(hù)動作閉鎖邏輯

在事故發(fā)生時，只有A，B兩相電壓缺失，C相電壓正常，理應(yīng)滿足低電壓閉鎖條件，但為什么仍然出口了呢?調(diào)出#2發(fā)電機(jī)變壓器組故障錄波器廠用A段電壓波形進(jìn)行分析，從故障發(fā)生時刻到電壓恢復(fù)之前，C相電壓波形正常，A相和B相電壓幅值降至40 V左右，且相角都與C相電壓相角基本一致。

再次對綜合保護(hù)裝置進(jìn)行校驗，并模擬故障時刻的三相電壓，即 A 相 43.85 V∠232.98°，B 相42.86 V∠233.09°，C 相 60.81 V∠255.81°，綜合保護(hù)裝置顯示 UAB，UBC，UCA分別為 2.17，26.96，26.63 V，低電壓保護(hù)動作。以上試驗說明，綜合保護(hù)裝置線電壓的計算采用的是兩相矢量差，低電壓保護(hù)動作屬正確行為。那么，故障時刻A相與B相上的電壓從何而來呢?

結(jié)合事故發(fā)生時故障錄波器采集電壓的波形特點對母線PT二次電壓回路及其負(fù)載特性進(jìn)行更加深入的分析和排查，PT二次電壓負(fù)載帶有發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)裝置、綜合保護(hù)裝置、快切裝置、母線電壓變送器及低電壓繼電器，其中保護(hù)裝置與快切裝置電壓回路均屬星型接線。起初懷疑A，B兩相上的電壓是受C相電壓影響而產(chǎn)生的懸浮電壓，但PT二次繞組中性點有且僅有一點接地，且綜合保護(hù)裝置與快切裝置電壓回路均屬星型接線，雖然A，B兩相PT二次繞組空開跳閘，但負(fù)載回路仍然通過中性線與大地相連，不可能產(chǎn)生懸浮電壓，那會不會是C相電壓通過線間負(fù)載傳遞到A相與B相的呢?根據(jù)相關(guān)的電氣原理知識，如果不能構(gòu)成有效的閉合回路，則與該電壓相連的各個電氣元件都是等電位的，即A相與B相上電壓應(yīng)該為60 V，而不應(yīng)是40 V，并且現(xiàn)有微機(jī)式保護(hù)裝置具有良好的電磁兼容特性，屏蔽良好，所以排除了保護(hù)及快切裝置的影響。針對母線電壓變送器進(jìn)行試驗，當(dāng)退出母線電壓變送器并斷開A，B兩相空開后，綜合保護(hù)裝置低電壓保護(hù)依舊動作，所以該元件的影響也予以排除。根據(jù)以上分析可知，要想符合A，B兩相上的電壓特點，就必須滿足2個條件:第一，母線PT二次回路每一相負(fù)載及相間負(fù)載必須對稱，而直阻測試結(jié)果表明，三相負(fù)載及相間負(fù)載是基本對稱的;第二，故障發(fā)生時，A，B兩相與C相應(yīng)存在閉合的回路，即回路中存在分壓元件，且該元件與A，B，C三相存在直接的電氣聯(lián)系。因此，將懷疑對象鎖定為母線PT二次電壓回路上安裝的3個電磁式低電壓繼電器，分析判斷A，B兩相空開跳閘后，應(yīng)該是C相電壓通過電磁式低電壓繼電器線圈與A，B兩相上的星型負(fù)載分別構(gòu)成了閉合的回路(如圖4所示)。

圖4 閉合回路

通過模擬現(xiàn)場實際故障，在綜合保護(hù)裝置的電壓回路上并接3個相同阻值的低電壓繼電器，加入三相正常電壓，每相60 V，相角互差120°。此時斷開A，B兩相電壓空開，用萬用表檢測線圈兩端電壓為21 V左右，與前面的分析吻合，綜合保護(hù)裝置電壓界面顯示 UAB=2.28 V，UBC=28.25 V，UCA=27.61 V，3個線電壓同時低于定值;拔掉低電壓繼電器后，斷開A，B兩相電壓，綜合保護(hù)裝置電壓采樣界面顯示 UAB=0.02 V，UBC=60.03 V，UCA=59.98 V，低電壓保護(hù)動作條件不滿足。

通過以上試驗及分析可知，此次低電壓保護(hù)誤動的原因為外部回路電磁式元件影響了故障時綜合保護(hù)裝置母線電壓幅值及相角的正確采集，致使線電壓均低于動作值，保護(hù)誤動出口。

4 改進(jìn)措施

(1)對進(jìn)入綜合保護(hù)裝置的PT二次電壓回路端子的裸露金屬部分進(jìn)行絕緣處理，防止工作時誤碰而造成電壓接地或兩相短路，避免二次電壓小空開誤跳閘。

(2)對母線PT電壓交、直流控制回路進(jìn)行改造，拆除1YJ～3YJ低電壓繼電器并簡化其直流控制回路，降低外部電磁回路對保護(hù)裝置交流電壓采集的影響。

(3)完善綜合保護(hù)裝置低電壓保護(hù)動作閉鎖邏輯。識別PT斷線的主要判據(jù)是三相PT斷線時能否正確閉鎖低電壓保護(hù)，而單相或兩相不對稱PT斷線是不會影響低電壓判據(jù)的，因為一般裝置的低電壓判據(jù)都使用線電壓，不對稱斷線時，健全相的電壓還是正常的，不會造成誤動，因此，在排除了外部回路的電磁干擾下，現(xiàn)有綜合保護(hù)裝置的低電壓保護(hù)動作閉鎖邏輯對單相斷線、兩相斷線這種不對稱斷線很有效果，而對PT二次側(cè)發(fā)生三相完全斷線就失去了作用，不能有效防止誤動的發(fā)生。針對此情況，從以下2個方面進(jìn)行了改進(jìn)。

1)在判別三相PT斷線時，根據(jù)故障時電壓電流的特點，加入了“三相無壓、線路有流”(高壓電機(jī)設(shè)備開關(guān)二次電流)判斷邏輯，電機(jī)正常運行中若發(fā)生了PT三相斷線，可進(jìn)行有效閉鎖。據(jù)此對原有的低電壓保護(hù)邏輯進(jìn)行了補充和完善，并已在相關(guān)綜合保護(hù)裝置進(jìn)行了推廣應(yīng)用(如圖5所示)。

圖5 修改后的低電壓保護(hù)動作閉鎖邏輯

2)將重要保護(hù)設(shè)備及自動安全裝置的二次電壓回路小空開由三相聯(lián)動方式改為單相操作方式，對機(jī)端PT、母線PT及增壓風(fēng)機(jī)開關(guān)綜合保護(hù)裝置等重要回路及設(shè)備都進(jìn)行了整改，在負(fù)載發(fā)生單相接地或短路時，只有故障相跳開，減少了三相同時失壓的幾率。

5 結(jié)束語

通過此次事故，應(yīng)積極總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，舉一反三，除了對保護(hù)邏輯要深入研究學(xué)習(xí)之外，還應(yīng)重視與保護(hù)相關(guān)的外部回路，與各方人員共同努力，不斷改進(jìn)和完善保護(hù)邏輯及外部回路存在的設(shè)計缺陷。