王 娟
大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司有3臺電動給水泵,正常情況下,2臺給水泵運(yùn)行,2臺給水泵備用,機(jī)組啟、?;虻拓?fù)荷時,可1臺給水泵運(yùn)行。給水泵電機(jī)額定功率為5 100 kW,配有南京東大金智電氣自動化有限公司W(wǎng)DZ-430綜合保護(hù)裝置和WDZ-431差動保護(hù)裝置。其中給水泵A、B只有1個電源供電,電動給水泵C有Ⅰ、Ⅱ2個電源供電,Ⅰ、Ⅱ電源合閘互相閉鎖,正常運(yùn)行時只能投入1個電源。
在用6 kV A段電動給水泵CI電源和B段電動給水泵CⅡ電源分別送電給水泵C起動時,Ⅱ電源綜合保護(hù)裝置和差動保護(hù)裝置無異?,F(xiàn)象,而Ⅰ電源綜合保護(hù)裝置接地保護(hù)動作(保護(hù)定值為0.4 A,折算到一次側(cè)為18 A),動作電流折算到一次側(cè)竟高達(dá)120 A。
高壓電纜屏蔽線接地有如下要求:三芯電力電纜終端處的金屬護(hù)層必須接地良好;塑料電纜每相銅屏蔽和鋼鎧應(yīng)錫焊接地線(油浸紙絕緣電纜鉛包和鎧裝應(yīng)焊接地線),電纜通過零序電流互感器時,電纜金屬護(hù)層和接地線應(yīng)對地絕緣,電纜接地點(diǎn)(電纜接地線與電纜金屬屏蔽的焊點(diǎn))在互感器以下時,接地線應(yīng)直接接地;接地點(diǎn)在互感器以上時,接地線應(yīng)穿過互感器接地,接地線必須接在開關(guān)柜內(nèi)專用接地銅排上,接地線須采用銅絞線或鍍錫銅編織線,接地線的截面必須符合規(guī)程要求。
根據(jù)對屏蔽線接地的要求,由圖1可以看到:在用6 kV B段電動給水泵CⅡ電源送電給水泵時,此電纜回路中有3個屏蔽線的接地點(diǎn),電纜1屏蔽線3在零序CT1以下直接接地,電纜2屏蔽線5在零序CT1以下直接接地,以上屏蔽線接地都是正確的。再來看屏蔽線4,它作為電纜1另一頭的屏蔽線,對于零序CT2來說應(yīng)穿過零序CT2后接地,但仍然存在零序電流,后將屏蔽線4去掉后零序電流消失,給水泵正常運(yùn)行時保護(hù)不再誤動。分析認(rèn)為屏蔽線4在給水泵CⅠ、Ⅱ電源的結(jié)合處,距離零序CT2較近,極有可能產(chǎn)生干擾影響零序CT2的正常輸出。
大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司在#1、#2機(jī)組大修期間,設(shè)備部繼電保護(hù)班的工作人員發(fā)現(xiàn)#1機(jī)同#2機(jī)6 kV廠用電動機(jī)相比較,高壓側(cè)零序電流保護(hù)的二次回路接線有些許不同。#1機(jī)的電動機(jī)零序CT二次接線全部采用串聯(lián)接法,而#2機(jī)部分電動機(jī)采用并聯(lián)接法。我們知道,在單根電纜上的2個及以上的電流互感器的二次回路串、并聯(lián),有增加電流互感器二次帶負(fù)載能力和改變互感器變比的作用。但當(dāng)電動機(jī)由2根及以上電纜供電,每根電纜上都套1個零序CT,不同零序CT的二次有的并聯(lián)有的串聯(lián)送入綜保裝置。這種接線方式同單根電纜上套2個及以上CT有明顯的不同,它不僅與一次電纜的安裝方式有關(guān),而且還牽扯到復(fù)雜的整定計算過程。通過多方考證終于形成了新的解決方案。
圖1 給水泵CⅠ、Ⅱ電源主接線圖
為了把問題解釋清楚有必要先從整定計算的角度把零序過流保護(hù)定值的由來介紹一下,現(xiàn)以#1機(jī)廠用系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。
零序過電流保護(hù)是根據(jù)最小運(yùn)行方式下#1廠用高變6 kV母線任一點(diǎn)發(fā)生單相接地時的最小短路電流為參考進(jìn)行計算,需要指明的是#1廠高變低壓側(cè)為中阻接地系統(tǒng)。
#1廠高變低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)40Ω電阻接地,其電阻標(biāo)幺值為:
據(jù)變壓器廠家提供資料:H.V.開路、L.V.1加電、L.V.2開路、Z0=0.034Ω,其零序阻抗標(biāo)幺值為:
6 kV母線發(fā)生單相接地故障時,復(fù)合序網(wǎng)中的零序阻抗標(biāo)幺值為:
6 kV母線發(fā)生單相接地故障時,復(fù)合序網(wǎng)中的正(負(fù))序阻抗標(biāo)幺值為:
(由電廠高變參數(shù)得,計算過程省略。)
6 kV母線發(fā)生單相接地故障時,有名值計算如下:
為了滿足可靠性要求,取可靠系數(shù)為1.15;為了滿足靈敏度需要,取靈敏度系數(shù)為2。定值計算如下:
有了定值還必須與CT二次接線配合考慮,以單臺電動機(jī)由2根電纜供電且每根電纜上套型號、變比均相同的電流互感器為例。假設(shè)其中1根電纜任一點(diǎn)發(fā)生單相接地,則2個零序CT中都將感應(yīng)出零序電流。由于不經(jīng)過電機(jī)繞組,可將電纜電抗忽略計算,則2個零序CT中產(chǎn)生的零序電流接近相等。如果采用二次串聯(lián)的接法CT變比將擴(kuò)大1倍,相應(yīng)的保護(hù)定值必須縮小1倍。而采用二次并聯(lián)的接法CT變比維持不變,但是會不會產(chǎn)生分流現(xiàn)象降低保護(hù)可靠性呢?到底哪種接法既正確又能夠與定值配合呢?
經(jīng)查《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》9.2.4條有詳細(xì)論述,“同一回路中有2根以上電纜并聯(lián)時,一般在每根電纜上各裝1只零序電流互感器,其二次繞組的連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)2種。以得到最大的零序輸出容量為條件:當(dāng)負(fù)載阻抗等于零序電流互感器的內(nèi)阻抗(零序電流互感器二次線的漏電抗和電阻)時,串聯(lián)和并聯(lián)是一樣的;若負(fù)載阻抗大于內(nèi)阻抗,則以串聯(lián)為大;反之,以并聯(lián)為大”。
零序電流互感器串聯(lián)接線計算過程,如圖2所示。
圖2 零序CT串聯(lián)用計算圖
由圖2可見零序CT串聯(lián)時:
式中,E為零序電流互感器的電勢;Z1為零序電流互感器的內(nèi)阻抗;Zj為零序電流互感器的負(fù)載阻抗。
繼電器J上得到的輸入容量為:
現(xiàn)將零序電流互感器并聯(lián)接線計算過程介紹如下,如圖3所示。
圖3 零序CT并聯(lián)用計算圖
由圖3可見零序CT并聯(lián)時:
如果零序電流互感器的內(nèi)阻抗與負(fù)載阻抗相等,不難看出串、并聯(lián)二次接法繼電器上得到的輸入容量是相等的。也就是說,零序電流互感器的內(nèi)阻抗與負(fù)載阻抗若相等,其二次回路既可以采用串聯(lián)也可以并聯(lián)接法,不影響保護(hù)裝置的正確動作。
如果負(fù)載阻抗遠(yuǎn)大于零序電流互感器的內(nèi)阻抗,則通過對以上公式進(jìn)行簡單的推導(dǎo)可得出以下結(jié)論:
串聯(lián)時:
并聯(lián)時:
可以看出在負(fù)載阻抗遠(yuǎn)大于零序電流互感器內(nèi)阻抗,串聯(lián)接法時繼電器得到的輸入容量是并聯(lián)接法的4倍。
如果負(fù)載阻抗遠(yuǎn)小于零序電流互感器的內(nèi)阻抗,同樣可以通過對以上公式進(jìn)行簡單的推導(dǎo)可得出如下結(jié)論:
串聯(lián)時:
并聯(lián)時:
這樣一來并聯(lián)使得繼電器的輸入容量比串聯(lián)時擴(kuò)大了4倍。
通過上述理論計算可以看出,對于單臺電動機(jī)的零序接地保護(hù)而言,如果由2根電纜供電其零序CT二次回路的接線并非串并聯(lián)均可,而是應(yīng)通過對零序CT的直阻和保護(hù)裝置的直阻進(jìn)行精確測量,發(fā)現(xiàn)裝置的直流電阻遠(yuǎn)小于零序CT的直流電阻,由于無法對它們的電抗進(jìn)行準(zhǔn)確測量,我們繼而對部分零序CT二次接線由串聯(lián)改為并聯(lián)進(jìn)行通電試驗(yàn),檢驗(yàn)其是否有分流現(xiàn)象發(fā)生。試驗(yàn)結(jié)果表明裝置采樣結(jié)果非常理想,沒有任何分流現(xiàn)象發(fā)生。為了確保萬無一失,我們又對并聯(lián)的每只零序CT的二次回路進(jìn)行極性試驗(yàn),保證了極性的準(zhǔn)確。
本文根據(jù)大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司6 kV部分高壓電動機(jī)存在2根或3根電纜供電的情況,其零序保護(hù)的CT使用2個或以上零序CT,且內(nèi)阻抗和二次負(fù)載阻抗不同的實(shí)際情況,分析結(jié)果為宜采用并聯(lián)接線方式。接線改接后保證了繼電保護(hù)裝置采樣的準(zhǔn)確性和保護(hù)動作的可靠性,為魯北廠設(shè)備及機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。
[1]GB/T20840.8—2007 互感器 第8部分:電子式電流互感器[2]Q/GDW446—2010 電流互感器狀態(tài)評價原則
[3]袁季修.電流互感器和電壓互感器.中國電力出版社,2011