概 述

華潤(rùn)電力銅山有限公司（以下簡(jiǎn)稱銅山公司）總裝機(jī)容量2×1000MW，每臺(tái)機(jī)配置3臺(tái)循環(huán)水泵。不同季節(jié)條件下，環(huán)境水溫以及蒸發(fā)量存在比較明顯的差異性，使得循環(huán)水泵的水用量在不同季節(jié)有很大的差異。在當(dāng)前技術(shù)條件下，整個(gè)循環(huán)水泵的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，僅能夠通過(guò)對(duì)啟停循泵的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻水量的控制。此種控制模式下，與循環(huán)水泵運(yùn)行相對(duì)應(yīng)的水流量無(wú)法結(jié)合實(shí)際工況進(jìn)行靈活的調(diào)整，設(shè)備效率長(zhǎng)期維持在較低水平，存在嚴(yán)重的電能浪費(fèi)問(wèn)題。為在確保循環(huán)水泵穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，對(duì)當(dāng)前投入運(yùn)行的#52循泵電機(jī)進(jìn)行了雙速改造。改造完成后，能夠在循環(huán)水泵負(fù)載水平較高的情況下切換至高速運(yùn)行，在循環(huán)水泵負(fù)載水平較低的情況下切換至低速運(yùn)行，具有相當(dāng)明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)公司#52循泵電機(jī)在高低速切換運(yùn)行中的高低速差動(dòng)保護(hù)改造方案及其效果進(jìn)行了綜合研究與分析，從而為同類型的技術(shù)改造提供參考。

1 電機(jī)高低速改造方案及改造后存在問(wèn)題

在公司#52循泵電機(jī)原有線圈的基礎(chǔ)之上，對(duì)電機(jī)定子繞組的連接方式進(jìn)行改造。原電機(jī)定子繞組接線方法為4Y，更新后形成2Y/△，與之相對(duì)應(yīng)的電機(jī)定子繞組接線為12級(jí)以及14級(jí)。在電機(jī)12級(jí)運(yùn)行狀態(tài)下，電機(jī)性能維持恒定狀態(tài)，在電機(jī)14級(jí)運(yùn)行狀態(tài)下，定子繞組接線模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻切徒臃?。在這種改造方案下，保持了電機(jī)定子繞組較高的分布系數(shù)特點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的輸出功率仍然能夠滿足低速運(yùn)行狀態(tài)下循環(huán)水泵的功率需求。在該改造措施的實(shí)施背景之下，依賴于循環(huán)水泵電機(jī)外殼所安裝的變級(jí)接線板連接方式的改變，達(dá)到實(shí)現(xiàn)在整個(gè)循環(huán)水泵高速、低速之間切換運(yùn)行的目的。

圖1 改造后電動(dòng)機(jī)定子線圈原理

圖2 IA、IB、IC和Ia、Ib、Ic之間的幅值相位關(guān)系

電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)，定子線圈為星形接線，不影響差動(dòng)保護(hù)。電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，定子線圈繞組三角形接線，開(kāi)關(guān)側(cè)電流和電機(jī)側(cè)電流，幅值和相位均不相同，給差動(dòng)保護(hù)的配置帶來(lái)困難。國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有對(duì)應(yīng)的差動(dòng)保護(hù)裝置可以直接使用，少數(shù)有先例的電廠，或者放棄差動(dòng)保護(hù)，或者根據(jù)運(yùn)行工況改變CT二次路線接線。依據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》要求，2MW以上電機(jī)需配置差動(dòng)保護(hù)，銅山公司循環(huán)水泵電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)額定功率為2600kW，僅靠電動(dòng)機(jī)電流速斷保護(hù)，不能保證電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置靈敏動(dòng)作，有可能造成電機(jī)燒毀造成重大經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)運(yùn)行工況改變CT二次回路接線，將增加工作難度和風(fēng)險(xiǎn)，使CT二次回路處于不安全之中，不宜采用。

本文通過(guò)對(duì)電機(jī)高速星形接線和低速三角形接線時(shí)，開(kāi)關(guān)側(cè)電流和電機(jī)側(cè)電流幅值和相位分析研究，提出一種不改變CT二次回路接線的方法，滿足電動(dòng)機(jī)高速和低速運(yùn)行時(shí)的差動(dòng)保護(hù)配置要求，為大功率電動(dòng)機(jī)高低速改造的差動(dòng)保護(hù)配置，提供了指導(dǎo)性方法，具有重要價(jià)值。

2 改造后電機(jī)側(cè)和開(kāi)關(guān)側(cè)電流幅值相位分析

改造后循環(huán)水泵電機(jī)定子線圈高、低速時(shí)接線原理如圖1所示，高速時(shí)沒(méi)有變化，開(kāi)關(guān)側(cè)和電機(jī)側(cè)電流的幅值和相位相同，差動(dòng)保護(hù)配置不變，低速時(shí)為三角形接線開(kāi)關(guān)側(cè)和電機(jī)側(cè)電流幅值相位均不同，如不改變?cè)顒?dòng)保護(hù)CT二次回路接線方式，差動(dòng)保護(hù)必然動(dòng)作。

2.1 電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)開(kāi)關(guān)側(cè)和電機(jī)側(cè)電流的幅值和相位比較

為了不改變?cè)顒?dòng)保護(hù)CT二次回路接線方式，現(xiàn)分析循環(huán)水泵電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)IA、IB、IC和Ia、Ib、Ic之間的關(guān)系。根據(jù)基爾霍夫電流定律，可知：

此時(shí)，IA、IB、IC和Ia、Ib、Ic之間的幅值相位關(guān)系如圖2，經(jīng)分析得，低速運(yùn)行時(shí)IA、IB、IC和Ia、Ib、Ic之間的幅值相位關(guān)系和變比為1的Yd-1型變壓器原邊與副邊之間的幅值相位關(guān)系相同。

2.2 電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)開(kāi)關(guān)側(cè)和電機(jī)側(cè)電流的幅值和相位比較

根據(jù)基爾霍夫電流定律，電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)IA、IB、IC和Ia、Ib、Ic之間的關(guān)系如下：

經(jīng)分析得，高速運(yùn)行時(shí)IA、IB、IC和Ia、Ib、Ic之間的幅值相位關(guān)系和變比為1的Yy-12型變壓器原邊與副邊之間的幅值相位關(guān)系相同。

3 改造后電機(jī)差動(dòng)保護(hù)配置

3.1 硬件配置

原循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置如圖3，在不改變CT二次接線的情況下只能實(shí)現(xiàn)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù)。經(jīng)上述分析電機(jī)高速和低速運(yùn)行時(shí)，其開(kāi)關(guān)側(cè)和電機(jī)側(cè)電流幅值和相位關(guān)系，分別與變比為1的Yy-12和Yd-1型變壓器的原邊與副邊之間的幅值相位關(guān)系相同，因而考慮采用變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)改造后的循環(huán)水泵電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)，而無(wú)需根據(jù)電機(jī)的不同運(yùn)行工況改變CT二次回路接線，減少因此而帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)并保障電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。

圖3 原循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置

表1 改造后循環(huán)水泵電機(jī)各側(cè)電流實(shí)際值及差流

改造后，只需將電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置改為CCS-241A變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置，其它硬件配置不變。

3.2 定值配置

設(shè)置兩個(gè)定值區(qū)，0區(qū)作為低速運(yùn)行定值通過(guò)控制字將接線方式設(shè)為Yd-1型，1區(qū)作為高速運(yùn)行定值通過(guò)控制字將接線方式設(shè)為Yy-12。當(dāng)電機(jī)切換運(yùn)行方式時(shí)，只需切換到相應(yīng)的定值區(qū)就可實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)。

4 改造后循環(huán)電動(dòng)機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)

電機(jī)在空載和滿載的情況下均做試運(yùn)行，電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān)側(cè)和電機(jī)側(cè)的電流相位和幅值完全符合變比為1的Yy-12型變壓器原邊與副邊之間的電流關(guān)系，經(jīng)CSC-241A差動(dòng)保護(hù)裝置計(jì)算，差流為零。電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān)側(cè)和電機(jī)側(cè)電流相位及幅值關(guān)系完全符合變比為1的Yd-1型變壓器原邊和副邊的電流關(guān)系，經(jīng)CSC-241A差動(dòng)保護(hù)裝置計(jì)算，差流為零。并且經(jīng)多次試驗(yàn)，無(wú)論在何種方式下啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)的電流突變不會(huì)造成差流的產(chǎn)生。試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一組電機(jī)各側(cè)電流及差流數(shù)據(jù)如表1。

5 結(jié)論

銅山華潤(rùn)電力有限公司循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)高低速改造后，差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在不同運(yùn)行狀態(tài)下的一鍵切換，避免了因更改CT二次回路帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，保證了電機(jī)的安全運(yùn)行。本文提出的方法為大功率電動(dòng)機(jī)高低速改造后差動(dòng)保護(hù)配置問(wèn)題指明了道路，具有可復(fù)制性。

[1] 方昌勇，陳更.雙速改造在發(fā)電廠循泵電機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用[J].浙江電力，2011（12）

[2] 李繼忠.循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)雙速改造在600MW機(jī)組中的應(yīng)用[J].廣東電力，2012（8）