趙彩鋼，劉奕思

（山西省萬家寨引黃工程管理局，山西 太原 030012）

1 工程概況

萬家寨引黃工程位于山西省西北部，從黃河萬家寨水利樞紐取水，由總干線、南干線、北干線和聯(lián)接段四部分組成?？偢删€西起黃河萬家寨水庫，沿偏關(guān)縣北部東行44.4 km至下土寨村附近設(shè)分水閘，以下分成南干線和北干線。南干線由分水閘向南經(jīng)偏關(guān)、神池，到寧武縣頭馬營入汾河，長102 km。聯(lián)接段北起南干線7號隧洞頭馬營出口，南至太原市呼延水廠，長139.4 km。北干線由分水閘向東，經(jīng)偏關(guān)、平魯、朔州、山陰、懷仁至大同市南郊的墻框堡水庫，長156.7 km。

引黃工程從黃河萬家寨水庫取水，分別向太原、平朔、大同3個能源基地供水。根據(jù)已批準的規(guī)劃，引黃工程年引水12億m3，每年引水時間10個月，八九月萬家寨水庫降低庫水位排沙期間不引水?？偢删€設(shè)計流量48 m3/s。在分水閘，北干線分流22.2 m3/s，年分水量5.6億m3；南干線分流25.8 m3/s，年分水量6.4億m3。根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃和需水預測，經(jīng)水資源平衡計算，到2030水平年，大同、平朔2個地區(qū)共缺水5.41億m3，計入引水線路的輸水損失后，北干線最終年引水量為5.6億m3。

2 問題提出

萬家寨引黃一期工程5座泵站共投入15臺大型水泵電動機組，其中定速電機8臺，變速電機7臺。正常情況下，定速機和變速機都采用變頻器拖動的變頻啟動方式，但在緊急情況下，需對定速機組采取直接啟動的方式，以保證供水運行的不間斷和水泵的運行安全。由于高電壓、大容量變頻器和大型水泵電動機組的使用，引黃泵站10 kV系統(tǒng)的接線方式同常見的10 kV系統(tǒng)接線有所不同，電機（以下簡稱SM）至變頻母線的電纜安裝位置在母線保護電流互感器（以下簡稱CT）進線側(cè)。由于此接線的影響，電機在由變頻器拖動軟啟動的情況下，流入電機的電流Ism（見圖1）會被10 kV母差保護在SM側(cè)CT和變頻器（以下簡稱SFC）側(cè)CT重復采樣，誤判為存在差流，出現(xiàn)保護誤動。因此，必須采取有效措施處理CT電流重復計入差動這一問題。

3 電機不同啟動方式時CT電流計入差動情況

電機變頻啟動時，泵站定速電機由變頻器拖動軟啟動的方式，此時SFC側(cè)的母線保護CT電流應(yīng)計入差動，SM側(cè)的母線保護CT電流不應(yīng)計入差動。定速機在滿足同期條件同期命令發(fā)出SM合閘命令，SFC、FC-SM、SM三個開關(guān)均處于合閘位置，此時SM側(cè)的CT電流應(yīng)計入差動，SFC側(cè)的CT電流不應(yīng)計入差動，差動保持平衡，SFC回路在母差保護范圍。3 s后FC-SM開關(guān)斷開，SFC回路從母差保護范圍退出，仍是SM側(cè)的CT電流計入差動，見圖1。電機直接啟動時只采用SM側(cè)的CT電流計入差動，見圖2。

圖1 電機變頻啟動時電流流向圖

圖2 電機直接啟動時電流流向圖

由此可見，電機不同啟動方式時的不同階段只能有一處CT電流計入差動，不能兩處CT電流同時計入。

4 對CT電流重復計入差動處理措施的對比分析

方案一：增設(shè)52-SM開關(guān)常開輔助觸點開入措施

對母差裝置程序進行修改，將52-SM斷路器一個輔助觸點接入母差保護裝置。正常情況下，SM側(cè)母線保護CT電流只采樣不作為判據(jù)進行差流計算，只有在斷路器合閘后，其輔助觸點閉合，給保護裝置一個信號，將SM側(cè)母線保護CT電流數(shù)值進行計算。

但是，取斷路器輔助觸點的輔助觸頭滯后主觸頭，就導致在電機直接啟動時，電機進線開關(guān)斷路器閉合，電機作為異步機進行異步啟動，啟動電流經(jīng)現(xiàn)場測量約為正常負荷電流的7～8倍，本應(yīng)將此電流計入差動保護，從而電流進出平衡，差動保護正常。而實際此時保護裝置需要一個“5 ms提前量”的反應(yīng)時間，且斷路器主觸頭先于輔助觸頭動作，主觸頭先于輔助觸頭到位和“5 ms提前量”的反應(yīng)時間里，電機的啟動電流沒有計入保護計算程序，保護裝置認為存在故障差流，且電流很大，造成10 kV母線保護誤動作。為解決此問題，廠家將3個壓板設(shè)定成直接啟動壓板，在電機需要直接啟動前，先將該電機對應(yīng)的直接啟動壓板投入，將該電機回路電流計入保護計算程序，防止保護誤動。經(jīng)現(xiàn)場運行試驗，該方法有效防止了直接啟動時的10 kV母線保護重復采樣引起的誤動，但增加了現(xiàn)場人員的工作量，且在緊急情況下存在一定的不安全因素，增大了人為事故的可能性。

方案二：采用52-SM常閉輔助接點串接52FC-SM常開輔助接點的措施

為進一步提高設(shè)備運行可靠性，減少運行人員的工作量，提出一種10 kV母差保護可以自動判別運行方式，實現(xiàn)自動切換的方案。具體措施為：

對10 kV母差保護程序進行修改，將電機回路的電流修改成在正常情況下實時進行采樣計算。同時，將52FC-SM開關(guān)的輔助觸點合閘信號作為屏蔽對應(yīng)電機回路電流進行計算的屏蔽信號，而將52-SM開關(guān)的輔助觸點合閘信號作為解除屏蔽重新計算的信號。即將52-SM開關(guān)的常閉輔助觸點和52FC-SM開關(guān)的常開輔助觸點串連作為屏蔽信號，這樣在軟啟動過程中52FC-SM開關(guān)閉合時屏蔽回路接通，閉鎖CT3的電機回路電流進行計算；當同期操作完成，無論52FC-SM在何種位置，只要52-SM開關(guān)閉合，其常閉輔助觸點斷開，屏蔽信號就解除，CT3的電機進回路電流及時計入10 kV母差保護計算程序。

表1 方案二差動電流計入情況真值表

此方案經(jīng)多方研究是切實可行的，但從差動電流計入情況真值表可看出：當接點接觸不良，可導致差動計算錯誤的問題，考慮到機組運行臺數(shù)和運行母線較少，手工投入壓板暫時可以滿足運行要求，因此未實施。

方案三：增設(shè)合后磁保持繼電器的措施

在開關(guān)52-SM操作回路增加一只合后磁保持繼電器KKJ，在直接啟動和SM同期合閘兩種情況下啟動繼電器KKJ，當開關(guān)52-SM斷開時繼電器KKJ返回，采用KKJ動作接點判斷差動電流計入情況。

表2 方案三差動電流計入情況真值表

從差動電流計入情況真值表可看出，在直接啟動和SM同期合閘兩種情況下可保證及時將SM側(cè)CT電流計入差動保護。KKJ采用高可靠性的密封繼電器，相對以上兩種方案的開關(guān)輔助觸點而言更可靠，且可避免軟啟動時運行人員漏退直接啟動壓板。

以上三種方式都可有效解決CT電流重復計入差動的問題，但相比較第三種方式更安全、可靠，已在引黃工程近期改造時采用。