給水泵電機啟動時差動保護(hù)誤動原因分析及處理

王濟娟，郭 鵬

（1.大唐米拉務(wù)發(fā)電有限公司，印度尼西亞 亞奇 23681；2.梅河口世基電力科技有限公司，吉林 通化 135022）

0 引言

給水泵是汽輪發(fā)電機組重要的輔機，如果該設(shè)備不能正常工作，將直接影響汽輪發(fā)電機組的帶負(fù)荷能力，使發(fā)電機組不能在額定工況下運行。差動保護(hù)誤動是影響給水泵正常運行的重大缺陷，必須采取有效的技術(shù)措施予以消除。文獻(xiàn)［1］分析了不同采樣速率時電流差動保護(hù)動作邊界變化區(qū)的范圍，及采樣值電流差動保護(hù)動作出口的適宜速度。文獻(xiàn)［2］分析了采樣初相角、判據(jù)的數(shù)據(jù)窗長度的選取、整定門檻與重復(fù)判斷次數(shù)的相互關(guān)系，及對采樣值差動保護(hù)的影響。文獻(xiàn)［3］分析了大型電動機啟動時中性點電流互感器（current transformer，CT）飽和引起CT二次電流發(fā)生畸變造成差動保護(hù)動作及解決的幾種辦法。文獻(xiàn)［4］分析了母線失電快切裝置動作時電動機啟動過程中差動保護(hù)誤動原因及解決的措施和對策。文獻(xiàn)［5］分析了引風(fēng)機開啟時差動保護(hù)頻繁動作跳閘的原因及解決方法。

本文針對某廠6 k V給水泵電機啟動時差動保護(hù)動作情況進(jìn)行原因分析，并采取有效的優(yōu)化措施。

1 給水泵電機啟動時差動保護(hù)動作工況及分析

某電廠2×350 MW 燃煤汽輪發(fā)電機組，每臺機組各配置1臺汽動給水泵，2臺機組共用1臺電動給水泵。給水泵電機有2路電源供電，分別取自1、2號機組的6 k V B段母線。給水泵電機額定功率6 500 k W，額定電流710 A，額定電壓6 000 V。給水泵電機電源側(cè)及中性點側(cè)CT的準(zhǔn)確等級為5P20，變比為1 000／1，額定容量為20 VA。給水泵電機2個電源的保護(hù)裝置曾經(jīng)有2次在電機啟動過程中差動電流達(dá)到定值，差動保護(hù)誤動跳閘。給水泵電機差動保護(hù)采用基波有效值實現(xiàn)保護(hù)功能。判斷可能是CT出現(xiàn)飽和，產(chǎn)生差流，差動保護(hù)跳閘。

1.1 給水泵電機啟動時差動保護(hù)動作報文及波形

2020年4月8日14時18分，1號機6 k V廠用1B段給水泵電機電源差動保護(hù)動作波形見圖1，電源側(cè)C相電流波形嚴(yán)重畸變，CT出現(xiàn)飽和，產(chǎn)生差動電流，差動保護(hù)跳閘。

2020年5月8日5時30分，2號機6 k V廠用2B段給水泵電機電源差動保護(hù)動作波形見圖2，電源側(cè)B相電流波形嚴(yán)重畸變，CT出現(xiàn)飽和，產(chǎn)生差動電流，差動保護(hù)跳閘。

圖2 2號機電源差動保護(hù)動作波形

通過對圖1、圖2中的波形進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：目前給水泵電動機差動保護(hù)的定值已經(jīng)不能滿足給水泵的正常運行，須對差動保護(hù)的定值進(jìn)行調(diào)整。

1.2 差動保護(hù)動作情況分析

利用保護(hù)裝置軟件根據(jù)現(xiàn)場的錄波還原現(xiàn)場故障波形，1號機6 k V廠用1B段給水泵電機電源原始波形與基波有效值波形見圖3。

圖3 6 k V電源側(cè)三相電流原始波形與基波有效值波形

從圖3（a）中可以看出，6 k V電源側(cè)A、B、C相電流中含有較大的直流分量，并且是逐漸衰減的；從圖3（b）中可以看出，6 k V電源側(cè)C相電流有效值明顯小于其他兩相電流有效值，C相CT的傳變特性與其他兩相明顯不同，電機兩側(cè)C相電流的差動電流大于保護(hù)動作值，引起差動保護(hù)誤動作。

1號機組6 k V廠用1B段給水泵電機電源三相電流保護(hù)裝置啟動時的諧波數(shù)據(jù)見表1，保護(hù)裝置啟動40 ms時的諧波數(shù)據(jù)見表2，保護(hù)裝置啟動80 ms時的諧波數(shù)據(jù)見表3，保護(hù)裝置跳閘時的諧波數(shù)據(jù)見表4。

表1 保護(hù)裝置啟動時的諧波數(shù)據(jù) 單位：%

表2 保護(hù)裝置啟動40 ms時的諧波數(shù)據(jù) 單位：%

表3 保護(hù)裝置啟動80 ms時的諧波數(shù)據(jù) 單位：%

表4 保護(hù)跳閘時的諧波數(shù)據(jù) 單位：%

給水泵電機在啟動過程中三相電流有較大的直流分量和2～5次諧波分量，而且是隨著電機啟動時間的增長，直流分量和2～5次諧波分量是逐漸減小的，但是由于電機兩側(cè)三相電流同相CT衰減時間常數(shù)不一致，導(dǎo)致三相電流基波有效值存在差流。

2 電流互感器試驗報告

現(xiàn)場人員用CT測試儀分別對1號機組和2號機組的給水泵電機電源中性點和電源側(cè)CT進(jìn)行了直流電阻、變比、極性、伏安特性、10%誤差曲線、二次負(fù)擔(dān)試驗，從CT測試的試驗報告中得知，各側(cè)所有電流互感器的變比、極性、伏安特性、10%誤差曲線、二次負(fù)擔(dān)試驗結(jié)果均滿足要求。

3 優(yōu)化措施

采取增大二次電纜截面、降低二次負(fù)擔(dān)防止CT飽和的措施，增加給水泵電機6 k V電源側(cè)至中性點側(cè)的二次電流電纜，增加電纜后，二次負(fù)擔(dān)明顯降低，具體數(shù)據(jù)見表5。

表5 給水泵電機中性點側(cè)電流互感器二次負(fù)擔(dān)測試阻抗單位：Ω

提高給水泵電機差動保護(hù)定值，增大制動區(qū)。按照DL／T 1502—2016《廠用電繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則》中電機雙斜率差動保護(hù)整定要求，最小啟動電流按照0.5Ie（Ie為額定電流）整定，制動系數(shù)定值取最大值0.5。變更后的給水泵電機差動保護(hù)定值見表6。

表6 給水泵電機差動保護(hù)定值

對給水泵電機2臺保護(hù)裝置的軟件程序進(jìn)行升級，優(yōu)化差動保護(hù)邏輯，在電機啟動時增加了100 ms的啟動差動延時，躲過電機啟動開始瞬間的暫態(tài)峰值電流，避免因電機啟動過程CT的暫態(tài)飽和造成差動保護(hù)誤動作。

將給水泵電機2臺保護(hù)裝置的交流采樣板更換為變壓器保護(hù)使用的抗飽和交流采樣板，提高了采樣板內(nèi)小電流互感器的抗暫態(tài)飽和性能。

4 優(yōu)化前后波形對比分析

調(diào)取CSC-237C裝置優(yōu)化后2022年6月8日23時41分給水泵電機啟動時保護(hù)啟動錄波和優(yōu)化前2021年11月27日10時51分給水泵電機啟動時差動保護(hù)動作的錄波進(jìn)行對比。發(fā)現(xiàn)裝置交流插件使用暫態(tài)特性更好的變換器后，電機兩側(cè)三相電流波形沒有明顯的畸變，僅是衰減的直流分量引起了波形的偏移。

調(diào)取CSC-237C裝置優(yōu)化后2022年6月8日23時41分給水泵電機啟動時保護(hù)啟動錄波進(jìn)行分析：電機啟動時保護(hù)電流從無到有，突變量啟動錄波；40 ms附近啟動電流達(dá)到了2.895 A，過流保護(hù)定值0.92 A，過流保護(hù)也會啟動錄波。

合成差動電流和制動電流，只有A相存在差動電流。整個錄波圖中，81 ms處差動電流最大值為1.28 A，制動電流為2.48 A，不滿足該動作條件，因此差動保護(hù)不會動作。即便滿足動作區(qū)，由于邏輯有改進(jìn)，差動保護(hù)也不會誤動作。

5 結(jié)束語

本文通過對6 k V給水泵電機啟動時差動保護(hù)誤動的原因分析和針對保護(hù)誤動采取的措施，闡述了大容量電機啟動過程中，三相電流含有大量的直流分量造成CT的暫態(tài)性飽和，CT傳變性不同造成差動保護(hù)誤動作，通過增大二次電纜截面、降低二次負(fù)擔(dān)，提高保護(hù)定值、優(yōu)化差動保護(hù)程序和使用抗飽和特性高的交流采樣板的辦法進(jìn)行解決，保證了給水泵電機的正常啟動和運行的穩(wěn)定性。