循環(huán)水泵電機(jī)差動(dòng)保護(hù)投運(yùn)數(shù)據(jù)異常分析

莊鳳華

(廈門(mén)華夏國(guó)際電力發(fā)展有限公司，福建 廈門(mén) 361026)

0 引言

循環(huán)水泵是發(fā)電廠的主要輔機(jī)之一，其主要作用是給汽輪機(jī)凝汽器提供冷卻水，用以冷卻凝結(jié)汽輪機(jī)排汽。循環(huán)水泵作為實(shí)現(xiàn)動(dòng)力循環(huán)的重要組成部分，對(duì)電廠的安全和發(fā)電十分重要。

根據(jù)GB 14285—2016《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，電機(jī)容量大于2 000 kW，或者2 000 kW以下但電流速斷保護(hù)靈敏度系數(shù)不符合要求的電機(jī)，可裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。然而，可能造成電機(jī)試轉(zhuǎn)和運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的因素有很多，如電機(jī)差動(dòng)保護(hù)配備的電流互感器同型系數(shù)不為1、安裝過(guò)程中電流互感器二次接線(xiàn)錯(cuò)誤、差動(dòng)保護(hù)電流互感器到差動(dòng)保護(hù)裝置的電纜阻抗過(guò)大、調(diào)試中繼電保護(hù)試驗(yàn)不完善等。

為了保證循環(huán)水泵電機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，以某電廠循環(huán)水泵電機(jī)差動(dòng)保護(hù)投運(yùn)時(shí)數(shù)據(jù)異常為例，對(duì)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的基本原理和誤動(dòng)原因進(jìn)行深入分析，提出解決辦法，以便為類(lèi)似事故的預(yù)防提供有益借鑒。

1 差動(dòng)保護(hù)原理

差動(dòng)保護(hù)是反映被保護(hù)元件(區(qū)域)各側(cè)電流差而動(dòng)作的保護(hù)裝置，差動(dòng)保護(hù)的電流互感器安裝在被保護(hù)設(shè)備的各側(cè)，在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，流入差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流為不平衡電流，通過(guò)適當(dāng)選擇各側(cè)電流互感器的變比、接線(xiàn)方式、外部電纜截面等，使不平衡電流值相對(duì)較小，差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；當(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，流入保護(hù)的差動(dòng)電流大大增加，保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)。由于其原理簡(jiǎn)單、保護(hù)范圍明確及動(dòng)作快速，差動(dòng)保護(hù)能夠起到保護(hù)設(shè)備并防止故障擴(kuò)大的作用，為大型高壓電氣設(shè)備廣泛采用。

某公司循環(huán)水泵電機(jī)采用的是基于比率制動(dòng)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，即：在電動(dòng)機(jī)兩側(cè)(中性點(diǎn)側(cè)與開(kāi)關(guān)側(cè))裝有兩組變比相同的電流互感器，按環(huán)流法連接將該相的差流回路接入電流繼電器，當(dāng)差動(dòng)電流滿(mǎn)足動(dòng)作判據(jù)時(shí)，保護(hù)動(dòng)作出口跳閘。

2 電機(jī)差流異常分析

在電流互感器接線(xiàn)和電動(dòng)機(jī)狀況正常的情況下，電機(jī)差動(dòng)電流很小；如果差動(dòng)電流或者不平衡電流較大，就會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，其原因分析如下。

(1) 查看電機(jī)兩側(cè)的電流互感器的容量和型號(hào)，如果不同或者相差過(guò)大，會(huì)造成兩側(cè)電流值不同，從而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

(2) 查看繞組兩側(cè)的電流互感器接線(xiàn)情況，接線(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)造成電流互感器相序的不對(duì)應(yīng)，從而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

(3) 查看電流互感器極性是否對(duì)應(yīng)，極性不對(duì)應(yīng)會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，極性不對(duì)應(yīng)包括一個(gè)極性不對(duì)應(yīng)、兩個(gè)極性不對(duì)應(yīng)和三個(gè)極性不對(duì)應(yīng)。

(4) 查看保護(hù)裝置中同相兩側(cè)電流是否成一定比例，由此判斷兩側(cè)電流互感器變比是否相同，變比不同會(huì)引起差動(dòng)電流，從而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

以上引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的具體原因，在實(shí)際情況中常常不是單一出現(xiàn)的，因此，在檢查差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作原因時(shí)，應(yīng)予以綜合考慮。

3 循環(huán)水泵電機(jī)差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)異常分析

3.1 電機(jī)接線(xiàn)及故障

某電廠循環(huán)水泵差動(dòng)保護(hù)的接線(xiàn)情況如圖1所示。采用電機(jī)容量為2 300 kW/1 750 kW的雙速電機(jī)，6 kV開(kāi)關(guān)為ABB公司的高壓開(kāi)關(guān)，相應(yīng)保護(hù)配置為ABB公司的REF-542微機(jī)保護(hù)。開(kāi)關(guān)側(cè)電流互感器(400/5，5P20/25VA)三相星形接線(xiàn)。中性點(diǎn)側(cè)為電機(jī)廠配置的電流互感器(400/5，5P20/25VA)。

圖1 差動(dòng)保護(hù)的接線(xiàn)

由于中性點(diǎn)只配置a，c兩相電流互感器(不完全星形接法)，中性點(diǎn)CT進(jìn)入差動(dòng)保護(hù)的b相電流是由a，c兩相相加后的電流(-Ib)，為正確取得b相的差流，該電流反向進(jìn)入b相差動(dòng)元件，即a，c相電流分別流入保護(hù)裝置的a，c相差動(dòng)元件的頭部，而從其尾部出來(lái)的電流相加后接入裝置b相差動(dòng)元件的尾端，再?gòu)钠漕^部出來(lái)后作為中性點(diǎn)CT的n線(xiàn)電流再重新回到中性點(diǎn)CT的不完全星形中性點(diǎn)上。

該電機(jī)是在運(yùn)行中發(fā)生故障，返回生產(chǎn)廠家重新?lián)Q完線(xiàn)圈并檢修試驗(yàn)合格后送回公司；在公司另行安排了抽轉(zhuǎn)子檢查，試驗(yàn)正常后投運(yùn)。第一次投運(yùn)時(shí)，低速接線(xiàn)方式(1 750 kW)由于功率低于2 000 kW，差動(dòng)保護(hù)退出，運(yùn)行正常；停運(yùn)后，改成高速接線(xiàn)方式(2 300 kW)。由于要檢測(cè)差流情況，差動(dòng)保護(hù)投入信號(hào)，繼保人員在6 kV開(kāi)關(guān)室進(jìn)行檢查，2B循環(huán)水泵開(kāi)關(guān)ABB微機(jī)保護(hù)裝置顯示故障異常，差動(dòng)保護(hù)A，C兩相均有差流且均為0.87Ie。

3.2 故障分析

3.2.1 初步分析

一次系統(tǒng)檢查時(shí)，對(duì)循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行絕緣檢測(cè)，顯示無(wú)異常；二次系統(tǒng)檢查時(shí)，對(duì)循泵電機(jī)側(cè)電流互感器進(jìn)行拆蓋檢查，顯示接線(xiàn)端子緊固正常；解線(xiàn)對(duì)電流互感器接線(xiàn)進(jìn)行絕緣檢查，其對(duì)地及相間絕緣均達(dá)到50 MW以上。

電機(jī)的二次回路和中性點(diǎn)電流互感器均為原配的電流互感器，二次電纜和二次負(fù)載都經(jīng)過(guò)核算，滿(mǎn)足相應(yīng)要求。因此，初步分析故障原因在二次回路接線(xiàn)上。

3.2.2 深入分析

該電機(jī)裝置的所有保護(hù)及保護(hù)定值設(shè)置(二次電流)見(jiàn)表1。

表1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置定值

根據(jù)中性點(diǎn)CT b相電流進(jìn)入差動(dòng)元件的接法，其電流計(jì)算公式為：

根據(jù)保護(hù)裝置ABB REF-542說(shuō)明書(shū)，差動(dòng)保護(hù)差流和制動(dòng)電流的計(jì)算公式為：

保護(hù)裝置的采樣電流、差流及制動(dòng)電流情況見(jiàn)表2。

表2 采樣電流、差流及制動(dòng)電流值 單位：A

從表2可知，開(kāi)關(guān)側(cè)電流采樣值正常，而中性點(diǎn)側(cè)B相異常；差流A相正常，而B(niǎo)，C兩相異常，差流為0.87Ie。

由于中性點(diǎn)采樣電流B相異常，從圖1 CT二次接線(xiàn)圖可知，B相電流是A，C相合成電流，因此分析是C相電流極性接錯(cuò)所致。

采用相量分析法做進(jìn)一步分析，如圖2所示。

圖 2 中性點(diǎn)CT C相極性接反相量圖示

由圖2可得：

由于Ic極性接反，

根據(jù)上述分析可知，Ib值與采樣值215 A基本吻合；IB_b值與采樣值0.58Ie基本吻合；IC_b值與保護(hù)裝置采樣值0.44Ie基本吻合。問(wèn)題應(yīng)該在中性點(diǎn)CT的C相電流極性上，打開(kāi)中性點(diǎn)CT接線(xiàn)箱發(fā)現(xiàn)每一相有4根線(xiàn)。

折開(kāi)C相的4根電纜重新對(duì)線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)繞組尾部的2根電纜跟與另外2根電纜交叉了，這樣接線(xiàn)使中性點(diǎn)的CT極性剛好相反，該接線(xiàn)錯(cuò)誤源自于返修電機(jī)廠。調(diào)整接線(xiàn)后重新進(jìn)行試驗(yàn)，差流和采樣均顯示正常(見(jiàn)表3)。

表3 調(diào)整接線(xiàn)后差流及采樣值 單位：A

3.2.3 其他可能的接線(xiàn)錯(cuò)誤分析

用相量分析法做同樣的分析，可以得出其他接線(xiàn)錯(cuò)誤下的差流和制動(dòng)電流關(guān)系(見(jiàn)表4)，設(shè)電機(jī)的實(shí)際電流為I。

表4 各種接線(xiàn)錯(cuò)誤差流與制動(dòng)電流匯總

4 處理建議

基于該電廠循環(huán)水泵差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)異常的分析和處理，提出以下建議。

(1) 加強(qiáng)相量計(jì)算及分析。異常數(shù)據(jù)分析結(jié)合相量及相關(guān)計(jì)算，能夠精準(zhǔn)定位異常，確保處理準(zhǔn)確、快速。

(2) 敦促電機(jī)檢修廠加強(qiáng)規(guī)范管理，確保出廠接線(xiàn)正確，應(yīng)在接線(xiàn)圖上標(biāo)明出線(xiàn)的每個(gè)端子連接內(nèi)部接線(xiàn)情況。

(3) 加強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)試。檢修調(diào)試單位應(yīng)按照GB 50150—2006《電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，認(rèn)真核對(duì)確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)是否正確，并通過(guò)帶負(fù)荷試驗(yàn)驗(yàn)證差動(dòng)保護(hù)的正確性。