磨煤機(jī)接地故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)跳閘原因分析及防范措施

韓 軍，鄭建農(nóng)，劉 德

（1.華能九臺(tái)電廠，長春 130501；2.華能國際電力股份有限公司，北京 100031）

磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)是鍋爐重要的輔機(jī)設(shè)備，若其發(fā)生故障將影響整個(gè)火電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。某火電廠2×660 MW 機(jī)組，2013年5月11日在啟動(dòng)1號(hào)爐1號(hào)磨煤機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)弧光接地，6kV 綜合保護(hù)裝置拒動(dòng)，1號(hào)高壓廠用變壓器（以下簡稱高廠變）廠用A 分支零序Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作，造成1 號(hào)機(jī)組跳閘。下面對(duì)磨煤機(jī)接地故障做一分析并提出保護(hù)定值的改進(jìn)措施。

1 故障原因分析

電動(dòng)機(jī)解體檢查發(fā)現(xiàn)，定子線圈非驅(qū)動(dòng)端12點(diǎn)鐘位置斷線引起弧光接地。

為避免電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中零序保護(hù)誤動(dòng)，6 kV 綜合保護(hù)裝置采用了最大相電流Imax作為零序制動(dòng)量。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流Imax＞1.05Ie時(shí)，只有零序電流I0＞〔1＋（Imax/Ie－1.05）/4〕I0dz時(shí)零序保護(hù)才能動(dòng)作［1］，其中Imax是磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流，Ie是電動(dòng)機(jī)額定電流，I0dz是電動(dòng)機(jī)零序保護(hù)定值，整定為8倍額定零序電流，綜合保護(hù)裝置裝置額定零序電流I0e是0.2A，故零序保護(hù)定值I0dz＝8I0e＝1.6A。此時(shí)廠用變壓器分支電流的突變量，故障時(shí)刻電流最大值Igmax是1 800A，故障前運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)電流I1是780A，推算此時(shí)電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)相電流Imax＝Igmax－I1＝1 020A，故零序保護(hù)電流制動(dòng)量I0為：

I0＝〔1＋（Imax/Ie－1.05）/4〕×I0dz×KTA＝219 A（其中電流互感器TA 變比KTA是60）。

調(diào)取機(jī)組故障錄波器記錄的數(shù)據(jù)，1 號(hào)高廠變A 分支零序電流I0A＝1.36A，而A 分支零序Ⅱ段保護(hù)定值是1.05A，A 分支零序電流大于零序Ⅱ段保護(hù)定值，保護(hù)動(dòng)作。A 分支中性點(diǎn)零序TA 的變比KA是600/5，折算到一次系統(tǒng)的接地故障電流Igz1＝KAI0A＝163A。

接地故障電流163A 未能超過制動(dòng)量219A，所以電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置的零序保護(hù)拒動(dòng)。

2 保護(hù)定值存在的問題

磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)有接地故障，單相接地電流小于零序保護(hù)的制動(dòng)量，6kV 綜合保護(hù)裝置的零序保護(hù)拒動(dòng)，但接地電流大于廠用分支零序Ⅱ段保護(hù)定值，故廠用分支零序Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作于停機(jī)和切換廠用電。磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)零序保護(hù)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)為躲避三相不平電流衡而采用零序制動(dòng)量，此法不妥，應(yīng)通過適當(dāng)降低可靠系數(shù)（即增大動(dòng)作電流）或采用小延時(shí)（0.4s或0.6s）的方法躲避剛啟動(dòng)瞬間的不平衡量；另外，選擇三相特性一致的TA，盡可能降低電動(dòng)機(jī)啟時(shí)的三相不平衡電流。

接線一次系統(tǒng)見圖1。從圖1可知：1號(hào)高廠變6kV 系統(tǒng)發(fā)生金屬性單相接地短路，取UB＝6.3 kV，R＝8.66Ω，過渡電阻為零時(shí)，通過故障點(diǎn)（包括中性點(diǎn)接地電阻R）的阻性電流為：

參照文獻(xiàn)［1］廠用電中性點(diǎn)接地方式的部分，計(jì)算6kV 系統(tǒng)總的電容電流見表1。

合計(jì)每臺(tái)機(jī)組電纜的電容電流分別是14.54A和15.37A，乘以1.25即為全系統(tǒng)總的電容電流近似值18.18A和19.22A，高廠變共有2個(gè)6kV分支，所以單個(gè)分支最大的電容電流Icmax＝9.6A，接地電流為阻性電流和容性電流的矢量和，即420.1A，按此單相接地短路電流計(jì)算零序電流保護(hù)定值，磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的可靠系數(shù)取4.2，動(dòng)作時(shí)間取0.3 s，出口方式跳磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)斷路器；高壓廠用分支零序電流Ⅰ段的可靠系數(shù)取2，出口方式跳分支和切換廠用電，高壓廠用分支零序電流Ⅱ段保護(hù)與分支零序電流Ⅰ段保護(hù)配合，配合系數(shù)取0.6，出口方式停機(jī)和切換廠用電，動(dòng)作時(shí)間與工作母線出線零序保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間配合，時(shí)間級(jí)差取0.3s。

高壓廠用分支零序電流Ⅱ段保護(hù)應(yīng)與分支零序電流Ⅰ段保護(hù)定值配合，但可靠系數(shù)應(yīng)大于1.0，不應(yīng)取0.6，修改為1.2。磨煤機(jī)綜合保護(hù)裝置零序保護(hù)定值修改為48A，比原來96A 降低，可靠系數(shù)提高，動(dòng)作時(shí)間由原來的0.3s降低到0.1s。

3 改進(jìn)措施

3.1 磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)零序保護(hù)改進(jìn)措施

歷年磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)接地故障電流統(tǒng)計(jì)見表2。從表2可以看到，2010年以來曾發(fā)生多次磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的接地故障，只有一次（第11項(xiàng)）發(fā)生保護(hù)越級(jí)跳閘造成停機(jī)事件，其余的12次沒有發(fā)生保護(hù)越級(jí)跳閘的現(xiàn)象。第5項(xiàng)的零序接地故障電流102A 較小，但啟動(dòng)電流也小，最大3.3A，剛超過電動(dòng)機(jī)的額定電流2.75A，故零序制動(dòng)量較小，所以綜合保護(hù)裝置零序保護(hù)動(dòng)作，沒有發(fā)生保護(hù)拒動(dòng)越級(jí)跳閘事件。第2、3、4項(xiàng)和第12項(xiàng)啟動(dòng)電流兩相小，一相電流最大值剛到2.3 倍額定電流，零序電流大，6 kV 綜合保護(hù)裝置可靠動(dòng)作。其余的情況啟動(dòng)電流大，零序電流也大，6kV 綜合保護(hù)裝置也能動(dòng)作。如果啟動(dòng)電流大，而零序電流小，容易引起保護(hù)拒動(dòng)和越級(jí)跳閘，第11項(xiàng)屬這種情況，故只調(diào)整保護(hù)定值不能避免單相接地時(shí)保護(hù)越級(jí)跳閘事件的發(fā)生，必須取消零序保護(hù)的制動(dòng)量才能杜絕該問題。

圖1 一次接線系統(tǒng)圖

表1 2臺(tái)機(jī)組6 kV電纜長度和電容電流

如果不取消零序保護(hù)的制動(dòng)量，磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)接地一次接地零序電流超過整定值48A，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流按7倍額定電流計(jì)算，零序制動(dòng)量〔1＋（Imax/Ie－1.05）/4〕I0dz＝119A，當(dāng)零序電流在48～119A內(nèi)時(shí)，綜合保護(hù)裝置裝置的零序保護(hù)拒動(dòng)，而6kV電動(dòng)機(jī)接地產(chǎn)生的零序電流隨機(jī)變化，沒有規(guī)律，電動(dòng)機(jī)接地電流落在此范圍內(nèi)，綜合保護(hù)裝置零序保護(hù)仍拒動(dòng)，而接地電流大于廠用分支零序零序Ⅰ段84A 和Ⅱ段101A 定值，廠用分支零序Ⅰ段或Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作，造成6kV 廠用分支停運(yùn)或停機(jī)。

表2 歷年磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)接地統(tǒng)計(jì) A

3.2 零序電流保護(hù)定值改進(jìn)措施

參照文獻(xiàn)［2］重新計(jì)算零序電流保護(hù)定值，磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的零序保護(hù)動(dòng)作值修改前取8，動(dòng)作時(shí)間取0.3s，可靠系數(shù)取4.2；修改后動(dòng)作值取4，動(dòng)作時(shí)間取0.1s，可靠系數(shù)取8.0，出口方式跳磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)斷路器；高壓廠用分支零序電流Ⅰ段的可靠系數(shù)取5，出口方式跳分支和切換廠用電，高壓廠用分支零序電流Ⅱ段保護(hù)與分支零序電流Ⅰ段保護(hù)配合，可靠系數(shù)取6，出口方式停機(jī)和切換廠用電，動(dòng)作時(shí)間與工作母線出線零序保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間配合，時(shí)間級(jí)差取0.4s。

從表3、表4中的數(shù)據(jù)得知，修改前廠用分支零序電流Ⅰ段動(dòng)作值大于廠用分支零序Ⅱ段，接地故障電流首先達(dá)到零序Ⅱ段的定值動(dòng)作于停機(jī)，而零序Ⅰ段保護(hù)未能動(dòng)作，顯然廠用分支零序保護(hù)定值整定錯(cuò)誤。

修改定值后，廠用分支零序電流Ⅱ段動(dòng)作值高于Ⅰ段，當(dāng)系統(tǒng)單相接地時(shí)，零序電流Ⅰ段首先動(dòng)作，跳本側(cè)分支斷路器和切換廠用電，避免保護(hù)直接進(jìn)入零序電流Ⅱ段造成事故停機(jī)，同時(shí)提高了磨煤機(jī)零序電流保護(hù)的靈敏度，降低動(dòng)作值，縮短了保護(hù)動(dòng)作時(shí)間［2］。

表3 零序電流保護(hù)定值修改前后對(duì)比

表4 零序一次動(dòng)作電流值修改前后對(duì)比表

采用調(diào)整保護(hù)定值并取消6kV 綜合保護(hù)裝置零序電流制動(dòng)量的方法后，到目前為止運(yùn)行情況良好，磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)故障接地時(shí)零序保護(hù)正確動(dòng)作，徹底杜絕了保護(hù)越級(jí)跳閘的事故。

［1］ 弋東方.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊（電氣一次部分）［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］ 許正亞.發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算及其運(yùn)行技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.