300MW機(jī)組6kV電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)分析

摘要：分析了電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)的情況，驗(yàn)證負(fù)序電流保護(hù)的邏輯正確性，為負(fù)序電流保護(hù)定值整定提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù);負(fù)序電流保護(hù);動(dòng)作分析。

0 前言

本文對300MW機(jī)組某6kV電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)動(dòng)作情況進(jìn)行分析，為負(fù)序電流保護(hù)整定計(jì)算提供依據(jù)。

1 6kV電動(dòng)機(jī)故障初步分析

2016年9月2日02：19：15，某300MW機(jī)組B循環(huán)水泵跳閘。

故障發(fā)生后，檢查發(fā)現(xiàn)B、C相發(fā)生相間短路。結(jié)合錄波文件分析，在短路80ms后，故障由相間短路發(fā)展至三相短路，電動(dòng)機(jī)電流速斷保護(hù)動(dòng)作切除故障，屬正確動(dòng)作。

2 循環(huán)水泵保護(hù)裝置動(dòng)作情況分析

2.1 主要保護(hù)配置

循環(huán)水泵配置一臺(tái)NEP998A數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置，主要由以下保護(hù)功能：

電流速斷保護(hù)：短路故障的主保護(hù)。

過電流保護(hù)：過電流運(yùn)行時(shí)的主保護(hù)。

定時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)：兩相短路的主保護(hù)。

負(fù)序反時(shí)限過流保護(hù)：非全相運(yùn)行時(shí)的主保護(hù)。

堵轉(zhuǎn)保護(hù)：機(jī)械卡澀時(shí)的主保護(hù)。

過負(fù)荷保護(hù)：長期過負(fù)荷時(shí)發(fā)出告警信號(hào)。

過熱保護(hù)：不對稱運(yùn)行和過負(fù)荷運(yùn)行的后備保護(hù)。

低電壓保護(hù)：三相低電壓時(shí)的保護(hù)。

2.2 動(dòng)作情況分析

根據(jù)錄波圖分析，故障30ms后，速斷保護(hù)啟動(dòng)并動(dòng)作，負(fù)序電流保護(hù)啟動(dòng)，但未動(dòng)作出口。同時(shí)查詢并聯(lián)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)保護(hù)事件記錄，未發(fā)現(xiàn)負(fù)序電流保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)。

本文將從理論上分析負(fù)序電流保護(hù)的動(dòng)作行為。

3 6kV電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)分析

3.1 不對稱短路序電流分布

電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障后，會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流分量，本文僅分析兩相短路時(shí)負(fù)序電流的分布情況，闡明電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)的原理。

3.1.1故障點(diǎn)正序、負(fù)序電流幅值

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，圖1所示系統(tǒng)發(fā)生非接地相間短路時(shí)，故障點(diǎn)電流幅值如式1所示：

式中：I1—故障點(diǎn)正序電流幅值;I2—故障點(diǎn)負(fù)序電流幅值;U—系統(tǒng)額定相電壓;Z1—故障點(diǎn)處綜合正序阻抗，其值等于系統(tǒng)1正序阻抗與系統(tǒng)2正序阻抗的并聯(lián)值，若系統(tǒng)2為無源負(fù)荷，則正序阻抗按無窮大計(jì)算;Z2—故障點(diǎn)處綜合負(fù)序阻抗，其值等于系統(tǒng)1負(fù)序阻抗與系統(tǒng)2負(fù)序阻抗的并聯(lián)值。

3.1.2負(fù)序電流分布情況

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，負(fù)序電流分配滿足下式：

式中：I2S—系統(tǒng)1側(cè)負(fù)序電流幅值;I2M—系統(tǒng)2側(cè)負(fù)序電流幅值。

3.1.3正序電流分布情況

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，正序電流分布情況與短路點(diǎn)兩側(cè)電源電動(dòng)勢有關(guān)，如果系統(tǒng)2為負(fù)荷，則流向系統(tǒng)2側(cè)的正序電流為零（忽略負(fù)荷電流），下文分析電動(dòng)機(jī)機(jī)端相間短路時(shí)的電流分布情況。

3.2電動(dòng)機(jī)短路正序、負(fù)序電流

現(xiàn)假設(shè)系統(tǒng)二為電動(dòng)機(jī)，則其正序阻抗為Z1M，其負(fù)序阻抗為Z2M，根據(jù)文獻(xiàn)[3]，其值滿足以下關(guān)系：

顯然，分析過程中可認(rèn)為系統(tǒng)側(cè)正序阻抗與負(fù)序阻抗相等。

如圖2所示假設(shè)B、C發(fā)生相間故障，根據(jù)前文對負(fù)序電流分布進(jìn)行分析。

圖2. 電力系統(tǒng)兩相非接地故障電流示意圖

分析過程中，假設(shè)系統(tǒng)一側(cè)正序阻抗Z1s阻抗與負(fù)序阻抗Z2s相等。

在上述假設(shè)條件下，考慮反饋電流（反饋電壓按額定值）時(shí)，正序電流可由下式表示：

在上述假設(shè)條件下，考慮反饋電流（反饋電壓按額定值）時(shí)，負(fù)序電流分別如下式所示：

很顯然，電動(dòng)機(jī)正序阻抗Z1M遠(yuǎn)大于系統(tǒng)1正序阻抗Z1s，假設(shè)Z1S為Z1M的N倍（0

根據(jù)前文分析可得到各阻抗之間關(guān)系，如下式所示：

由上式很顯然可知，發(fā)生相間非接地短路時(shí)，流向系統(tǒng)側(cè)和電機(jī)側(cè)序分量電流有明顯的特征區(qū)別?？衫帽咎卣?，判斷是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，根據(jù)判斷結(jié)果閉鎖或者開放負(fù)序電流保護(hù)，保證保護(hù)動(dòng)作的正確性。

3.3保護(hù)邏輯

根據(jù)圖2，故障點(diǎn)位于CT與電動(dòng)機(jī)之間時(shí)，對電動(dòng)機(jī)來講是內(nèi)部故障，其CT檢測到的正序電流、負(fù)序電流為流向系統(tǒng)的電流;故障點(diǎn)位于CT與系統(tǒng)之間時(shí)，對電動(dòng)機(jī)來講是外部故障，其CT檢測到的正序電流、負(fù)序電流為流向電動(dòng)機(jī)的電流。

上文計(jì)算流向電機(jī)的正序電流時(shí)，反饋電壓是按額定電壓計(jì)算的，事實(shí)上發(fā)生短路時(shí)反饋電壓達(dá)不到1倍額定電壓而且衰減速度很快，短路點(diǎn)流向電機(jī)的實(shí)際正序電流遠(yuǎn)小于計(jì)算值，故實(shí)際的I2M/I1M檢測數(shù)值遠(yuǎn)大于1，I2S/I1S檢測數(shù)值接近1。

此循環(huán)水泵電機(jī)采用國電南自公司生產(chǎn)的PSM692U電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)測控裝置，可根據(jù)檢測到的負(fù)序電流與正序電流的比值閉鎖或者開放保護(hù)[4]，同時(shí)滿足下列條件時(shí)，保護(hù)才啟動(dòng)：

其中I2—保護(hù)裝置檢測到得負(fù)序電流;I1—保護(hù)裝置檢測到得正序電流;Iop.2—負(fù)序電流保護(hù)整定值;T—負(fù)序電流條件滿足持續(xù)時(shí)間;Top—負(fù)序電流保護(hù)延時(shí)。

3.4保護(hù)定值

電機(jī)額定電流：Ie=226（A）

CT變比：250/5

電機(jī)二次額定電流：Ie=4.52（A）

負(fù)序電流定值：Iop=2.26（A）

動(dòng)作時(shí)限：Top=0.2（s）

3.5保護(hù)動(dòng)作分析

故障點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)接線柱處，很顯然屬于內(nèi)部故障，CT檢測到的正序電流、負(fù)序電流是流向系統(tǒng)的。

由錄波文件可知，三相短路故障前，故障相B相電流與故障相C相電流大小相等，相位相反。

由錄波文件可知，故障電流約70A，根據(jù)文獻(xiàn)[1]易得正序、負(fù)序電流如下式所示：

I1=I2=70/1.732=40.4（A）

很顯然負(fù)序電流滿足上述動(dòng)作條件，但因電流速斷保護(hù)時(shí)限較短，保護(hù)先動(dòng)作，故障切除。

為檢驗(yàn)負(fù)序電流保護(hù)得正確性，退出電流速斷保護(hù)，并把負(fù)序保護(hù)時(shí)限改為0s，利用繼電保護(hù)校驗(yàn)裝置重現(xiàn)故障電流，負(fù)序保護(hù)正確動(dòng)作。

4.結(jié)語

本文重點(diǎn)分析了某300MW機(jī)組循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)的原理、動(dòng)作情況，得出以下結(jié)論：

（1）、內(nèi)部故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)檢測到的負(fù)序電流分量小于正序電流分量，但接近正序電流分量;

（2）、外部故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)檢測到的負(fù)序電流分量明顯大于正序電流分量。

根據(jù)上述結(jié)論，可根據(jù)此特征閉鎖或開放負(fù)序電流保護(hù)，可保證負(fù)序電流保護(hù)的選擇性，減小保護(hù)延時(shí)，提高快速性。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3]胡虔生，胡敏強(qiáng).電機(jī)學(xué)[M]. 北京：中國電力出版社，2002.

[4]國電南京自動(dòng)化股份有限公司.PS690U系列保護(hù)測控裝置說明書.

作者簡介：

江振生（1976-），男，廣東普寧人，電氣工程師，從事電力工程項(xiàng)目管理工作。