變壓器差動保護裝置在高壓電機高低速切換中的應(yīng)用

楊其民，姜思敬，郝名林

（華潤電力徐州有限公司，江蘇 徐州 221000）

變壓器差動保護裝置在高壓電機高低速切換中的應(yīng)用

楊其民，姜思敬，郝名林

（華潤電力徐州有限公司，江蘇 徐州 221000）

華潤電力銅山有限公司1000MW超超臨界火力發(fā)電廠循環(huán)水泵功率較大，經(jīng)改造為雙速電機后，在低速三角形接線時功率大于2MW需配置差動保護。本文提出一種方法，不需改變二次回路接線，實現(xiàn)電機在高速和低速兩種運行方式下的差動保護。

高壓電動機；高低速；差動保護

華潤電力銅山有限公司（下簡稱銅山公司）總裝機容量2×1000 MW，每臺機配置3臺循環(huán)水泵。不同季節(jié)條件下，環(huán)境水溫以及蒸發(fā)量存在比較明顯的差異，使得循環(huán)水泵的水用量在不同季節(jié)有很大的差異。在當(dāng)前技術(shù)條件下，整個循環(huán)水泵的運行過程當(dāng)中，能夠通過對啟停循泵的操作實現(xiàn)對冷卻水量的控制。為確保循環(huán)水泵穩(wěn)定、可靠運行的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，對當(dāng)前投入運行的#52循泵電機進行了雙速改造。本文對公司#52循泵電機在高低速切換運行中的高低速差動保護改造方案及其效果進行分析。

1 電機高低速改造方案及改造后存在問題

在公司#52循泵電機原有線圈的基礎(chǔ)之上，對電機定子繞組的連接方式進行改造。原電機定子繞組接線方法為4Y，更新后形成2Y/△，與之相對應(yīng)的電機定子繞組接線為12級以及14級。在電機12級運行狀態(tài)下，電機性能維持恒定狀態(tài)，在電機14級運行狀態(tài)下，定子繞組接線模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻切徒臃āＴ谶@種改造方案下，保持了電機定子繞組較高的分布系數(shù)特點，所對應(yīng)的輸出功率仍然能夠滿足低速運行狀態(tài)下循環(huán)水泵的功率需求。

電機在高速運行時，定子線圈為星形接線，不影響差動保護。電機在低速運行時，定子線圈繞組三角形接線，開關(guān)側(cè)電流和電機側(cè)電流幅值和相位均不相同，給差動保護的配置帶來困難。國內(nèi)尚沒有對應(yīng)的差動保護裝置可以直接使用，少數(shù)有先例的電廠，或者放棄差動保護，或者根據(jù)運行工況改變CT二次路線接線。依據(jù)《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》要求，2MMW以上電機需配置差動保護，銅山公司循環(huán)水泵電機低速運行時額定功率為2600kW，僅靠電動機電流速斷保護，不能保證電機發(fā)生故障時，繼電保護裝置靈敏動作，有可能造成電機燒毀造成重大經(jīng)濟損失。根據(jù)運行工況改變CT二次回路接線將增加工作難度和風(fēng)險，使CT二次回路處于不安全之中，不宜采用。本文通過對電機高速星形接線和低速三角形接線時，開關(guān)側(cè)電流和電機側(cè)電流幅值和相位分析研究，提出一種不改變CT二次回路接線的方法，滿足電動機高速和低速運行時的差動保護配置要求，為大功率電動機高低速改造的差動保護配置提供了指導(dǎo)性方法。

2 改造后電機側(cè)和開關(guān)側(cè)電流幅值相位分析

改造后循環(huán)水泵電機定子線圈高、低速時接線原理如圖1所示，高速時沒有變化，開關(guān)側(cè)和電機側(cè)電流的幅值和相位相同，差動保護配置不變，低速時為三角形接線開關(guān)側(cè)和電機側(cè)電流幅值相位均不同，如不改變原差動保護CT二次回路接線方式，差動保護必然動作。

圖1 改造后電動機定子線圈原理

（1）電動機低速運行時開關(guān)側(cè)和電機側(cè)電流的幅值和相位比較：

此時，AI、BI、CI和aI、bI、cI之間的幅值相位關(guān)系如圖2。

圖2 AI、BI、CI和aI、bI、cI之間的幅值相位關(guān)系

經(jīng)分析得知，低速運行時AI、BI、CI和aI、bI、cI之間的幅值相位關(guān)系和變比為1的Yd-1型變壓器原邊與副邊之間的幅值相位關(guān)系相同。

（2）電動機高速運行時開關(guān)側(cè)和電機側(cè)電流的幅值和相位比較。根據(jù)基爾霍夫電流定律，電機高速運行時AI、BI、CI和aI、bI、cI之間的關(guān)系如下：

經(jīng)分析得知，高速運行時AI、BI、CI和aI、bI、cI之間的幅值相位關(guān)系和變比為1的Yy-12型變壓器原邊與副邊之間的幅值相位關(guān)系相同。

3 改造后電機差動保護配置

（1）硬件配置。原循環(huán)水泵電動機保護配置如圖3，在不改變CT二次接線的情況下只能實現(xiàn)電機高速運行時差動保護。經(jīng)上述分析電機高速和低速運行時，其開關(guān)側(cè)和電機側(cè)電流幅值和相位關(guān)系，分別與變比為1的Yy-12和Yd-1型變壓器的原邊與副邊之間的幅值相位關(guān)系相同，因而考慮采用變壓器差動保護裝置實現(xiàn)改造后的循環(huán)水泵電機的差動保護，而無需根據(jù)電機的不同運行工況改變CT二次回路接線，減少因此而帶來風(fēng)險保障電動機安全運行。改造后，只需將電動機差動保護裝置改為CCS-241A變壓器差動保護裝置，其它不變硬件配置不變。

（2）定值配置。設(shè)置兩個定值區(qū)，0區(qū)作為低速運行定值通過控制字將接線方式設(shè)為Yd-1型，1區(qū)作為高速運行定值通過控制字將接線方式設(shè)為Yy-12。當(dāng)電機切換運行方式時，只需切換到相應(yīng)的定值區(qū)就可實現(xiàn)差動保護。

圖3 原循環(huán)水泵電動機保護配置

4 改造后循環(huán)電動機試運轉(zhuǎn)

電機在空載和滿載的情況下均做試運行，電機高速運行時，開關(guān)側(cè)和電機側(cè)的電流相位和幅值完全符合變比為1的Yy-12型變壓器原邊與副邊之間的電流關(guān)系，經(jīng)CSC-241A差動保護裝置計算，差流為零。電機低速運行時，開關(guān)側(cè)和電機側(cè)電流相位及幅值關(guān)系完全符合變比為1的Yd-1型變壓器原邊和副邊的電流關(guān)系，經(jīng)CSC-241A差動保護裝置計算，差流為零。經(jīng)多次試驗，無論在何種方式下啟動，啟動時的電流突變不會造成差流的產(chǎn)生。試運轉(zhuǎn)時，一組電機各側(cè)電流及差流數(shù)據(jù)如表1。

表1 改造后循環(huán)水泵電機各側(cè)電流實際值及差流

5 結(jié)語

銅山華潤電力有限公司循環(huán)水泵電動機高低速改造后，差動保護實現(xiàn)了電機在不同運行狀態(tài)下的一鍵切換，避免了因更改CT二次回路帶來的風(fēng)險，保證了電機的安全運行。本文為大功率電動機高低速改造后差動保護配置問題提供了解決方法。

[1]方昌勇，陳更.雙速改造在發(fā)電廠循泵電機節(jié)能中的應(yīng)用[J].浙江電力.

[2]李繼忠.循環(huán)水泵電動機雙速改造在600MW機組中的應(yīng)用.四川電力技術(shù).

TM63

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1671-0711（2017）03（上）-0040-02