引風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作事件分析

駢建清，王夏洋

(晉能控股山西電力股份有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

某電廠1 號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)型號(hào)為YXKS710-6W，額定功率3 700 kW，額定電壓6 kV，額定電流427 A；引風(fēng)機(jī)電機(jī)中性點(diǎn)和開關(guān)本體處電流互感器變比為500/5，容量為30 VA，準(zhǔn)確等級(jí)為5P20；中性點(diǎn)和開關(guān)本體處電流互感器二次導(dǎo)線線徑均為2.5 mm2，中性點(diǎn)互感器二次電纜導(dǎo)線為單股銅線；差動(dòng)保護(hù)和保護(hù)測(cè)控裝置均安裝在開關(guān)本體處，額定電流均為5 A，電機(jī)中性點(diǎn)電流互感器距離保護(hù)裝置約500 m。

2019 年7 月，引風(fēng)機(jī)所在母線某間隔發(fā)生相間短路故障，故障電流約21 kA，在故障切除后引風(fēng)機(jī)電機(jī)自啟動(dòng)過(guò)程中，引風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)因電機(jī)中性點(diǎn)電流互感器額定輸出不足，二次電流波形畸變?cè)斐刹顒?dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。下面具體分析造成此次差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的原因。

1 原因分析

1.1 故障波形分析

從引風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)跳閘錄波圖可以看出，引風(fēng)機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)二次電流波形在電機(jī)自啟動(dòng)期間均有不同程度畸變，中性點(diǎn)側(cè)畸變尤為明顯。查閱引風(fēng)機(jī)電流互感器伏安特性試驗(yàn)報(bào)告(見表1)，發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)電流互感器伏安特性拐點(diǎn)電壓低于開關(guān)本體處電流互感器。鑒于中性點(diǎn)兩相電流波形均發(fā)生了畸變，進(jìn)一步查閱了引風(fēng)機(jī)以往啟動(dòng)電流波形，發(fā)現(xiàn)每次啟動(dòng)中性點(diǎn)電流波形均存在畸變現(xiàn)象，且相別不同。

表1 機(jī)端和中性點(diǎn)電流互感器伏安特性

在穩(wěn)態(tài)對(duì)稱短路電流(無(wú)非周期分量)下，影響互感器飽和的主要因素是短路電流幅值和二次回路(包括互感器二次繞組)阻抗、電流互感器的工頻勵(lì)磁阻抗、電流互感器的匝數(shù)比和剩磁等?？紤]到本次事件發(fā)生在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和自啟動(dòng)期間，啟動(dòng)電流最大值為5 kA，遠(yuǎn)未超過(guò)互感器的準(zhǔn)確限值一次電流值。因此，判斷中性點(diǎn)電流波形畸變是由于二次回路負(fù)荷超標(biāo)所致。為進(jìn)一步查清問(wèn)題的原因，從設(shè)計(jì)規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)波形畸變的現(xiàn)象進(jìn)行了分析。

1.2 中性點(diǎn)電流互感器二次回路負(fù)載分析

根據(jù)《DL/T 866—2015 電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算規(guī)程》[1]第10.2 條款“P 級(jí)及PR級(jí)電流互感器穩(wěn)態(tài)性能計(jì)算”，電流互感器二次回路導(dǎo)線負(fù)荷阻抗(忽略電抗)R=L/(γ·A)，式中L為電纜長(zhǎng)度，m；γ為電導(dǎo)系數(shù)，m/(Ω·mm2)，銅取57；A為導(dǎo)線截面積，mm2。引風(fēng)機(jī)電機(jī)至開關(guān)柜距離約500 m，二次電纜截面為2.5 mm2，由此可以算出導(dǎo)線的實(shí)際二次負(fù)荷為3.5 Ω?；ジ衅髟试S的額定二次負(fù)荷Z=S/I2，由此可以算出其允許額定負(fù)荷約為1.2 Ω，實(shí)際二次負(fù)荷值遠(yuǎn)大于互感器額定負(fù)荷值。

為進(jìn)一步驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，機(jī)組檢修時(shí)對(duì)引風(fēng)機(jī)中性點(diǎn)電流互感器及其二次回路進(jìn)行了試驗(yàn)。通過(guò)實(shí)測(cè)得出，準(zhǔn)確限值系數(shù)下中性點(diǎn)電流互感器二次允許負(fù)載阻抗為1.33 Ω，中性點(diǎn)電流互感器至保護(hù)裝置的二次回路實(shí)際負(fù)載阻抗為3.18 Ω，在未計(jì)及互感器自有負(fù)荷的情況下，回路的實(shí)測(cè)負(fù)載已遠(yuǎn)大于允許負(fù)載阻抗，這也印證了計(jì)算結(jié)果。

由此可以看出，設(shè)備設(shè)計(jì)選型不合理，致使中性點(diǎn)電流互感器二次回路負(fù)載遠(yuǎn)大于允許負(fù)載，是中性點(diǎn)二次電流波形畸變、差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的主要原因。

2 解決思路

解決電流互感器帶載能力不足的方法主要有增大二次電纜截面積；串接備用電流互感器，使允許負(fù)載增大1 倍；改用伏安特性較高的二次繞組；提高電流互感器變比。下面對(duì)以上幾種解決方案的可行性進(jìn)行分析。

2.1 增大二次電纜截面積

根據(jù)電流互感器二次負(fù)荷計(jì)算公式R=L/(γ·A)，要使二次負(fù)載由3.18 Ω 降至1.3 Ω 以下，導(dǎo)線的截面積至少應(yīng)為6 mm2?？紤]到電纜及其敷設(shè)成本、安裝接線可靠性等因素，該方案不作為首選方案。

2.2 串接備用二次繞組

一方面，中性點(diǎn)電流互感器原設(shè)計(jì)有兩個(gè)二次繞組，且參數(shù)完全一致，兩個(gè)二次繞組串接后互感器的允許負(fù)載可以提高至2.66 Ω，仍然無(wú)法滿足實(shí)際負(fù)載要求。另一方面，考慮到兩個(gè)二次繞組串聯(lián)后，與開關(guān)本體側(cè)電流互感器的伏安特性將存在差異性，不同程度會(huì)對(duì)差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生影響。因此，鑒于這個(gè)原因，二次繞組串接同時(shí)提高電纜截面積的方案也不作為首選方案。

2.3 更換電流互感器

同時(shí)更換機(jī)端和中性點(diǎn)的電流互感器，選用伏安特性參數(shù)高、變比大的電流互感器可以解決互感器額定輸出不足的問(wèn)題，也可以避免兩側(cè)互感器勵(lì)磁特性不一致對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。同時(shí)，由于二次電纜不需用更換，節(jié)省了電纜和電纜敷設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本和安全成本，是解決該問(wèn)題的首選方案。

3 方案實(shí)施及效果

3.1 設(shè)備選型

按照DL/T 866—2015《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算規(guī)程》，綜合考慮保護(hù)裝置對(duì)動(dòng)作可靠性、電流互感器帶載能力等方面的要求，差動(dòng)保護(hù)選用如下參數(shù)的電流互感器：型號(hào)LZZBJ9-10K2，變比600/1，額定輸出為15 VA，準(zhǔn)確等級(jí)為5P20，短時(shí)熱電流為63 kA，1 s，動(dòng)穩(wěn)定電流為130 kA。

對(duì)新選型的互感器進(jìn)行了交接試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：二次繞組電阻4.74 Ω，伏安特性拐點(diǎn)電壓327.3 V，在20 倍額定電流下，允許阻抗為17.17 Ω 時(shí)的復(fù)合誤差為5.02 %。由此可以看出，新互感器拐點(diǎn)電壓是原互感器的近3 倍、允許負(fù)荷遠(yuǎn)大于二次回路負(fù)荷。同時(shí)，互感器的動(dòng)、熱穩(wěn)定電流也遠(yuǎn)大于6 kV 系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下的故障電流值。因此，新互感器安裝后可以解決差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的問(wèn)題。

互感器選型改造的同時(shí)更換了差動(dòng)保護(hù)裝置，保護(hù)裝置額定電流由5 A 變?yōu)? A。由于互感器測(cè)量繞組和綜合保護(hù)繞組仍沿用了原有的參數(shù)，因此保護(hù)測(cè)控裝置不做變更。

3.2 運(yùn)行效果

互感器更換后，錄取了引風(fēng)機(jī)電機(jī)空載和負(fù)載啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)的波形圖，再未出現(xiàn)波形畸變的現(xiàn)象，消除了該問(wèn)題。

4 意見和建議

按照DL/T 866—2015《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算規(guī)程》第8.2 條款“參數(shù)選擇”要求，新建電氣設(shè)備的電流互感器，二次額定電流宜使用1 A，以便提高互感器變比，提高互感器的帶載能力；鑒于機(jī)組容量不斷增大，系統(tǒng)短路電流增大，當(dāng)互感器準(zhǔn)確限值系數(shù)無(wú)法滿足系統(tǒng)短路電流時(shí)，宜按照保護(hù)裝置最大動(dòng)作電流整定值的2 倍選取準(zhǔn)確限值系數(shù)，保證保護(hù)裝置的選擇性。同時(shí)，為防止二次回路負(fù)荷超標(biāo)對(duì)互感器產(chǎn)生影響，應(yīng)采用計(jì)算或?qū)崪y(cè)二次回路負(fù)荷的方式，選取互感器的額定容量。

5 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電廠電氣設(shè)備在投產(chǎn)后，由于工藝流程的變化，電氣設(shè)備會(huì)歷經(jīng)多次技術(shù)改造。在技術(shù)改造過(guò)程中，應(yīng)始終堅(jiān)持審慎的原則，嚴(yán)格對(duì)照各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)選型、施工驗(yàn)收進(jìn)行把關(guān)，確保各類技術(shù)改造的合規(guī)性，防范因技改派生的問(wèn)題或隱患。