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        變壓器勵(lì)磁涌流引起高壓同步電動(dòng)機(jī)差動(dòng)誤動(dòng)作的原因分析及對(duì)策

        2021-04-23 06:24:52吳奇
        冶金動(dòng)力 2021年2期
        關(guān)鍵詞:額定電流差動(dòng)定值

        吳奇

        (湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠,湖南湘潭 411101)

        1 設(shè)備概況

        變壓器勵(lì)磁涌流,是由于鐵芯的磁飽和產(chǎn)生的。勵(lì)磁涌流通常在接通電源1/4周期后開始產(chǎn)生,幅度最大值可能超過變壓器額定電流的幾倍甚至幾十倍,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),從數(shù)十個(gè)電源周期直至數(shù)十秒不等。同時(shí)變壓器勵(lì)磁涌流有以下2個(gè)特點(diǎn):

        (1)波形呈現(xiàn)尖頂形狀,含有相當(dāng)成分的非周期分量和高次諧波分量,其中高次諧波以二次和三次(或直流分量)為主,隨著時(shí)間推移,二次諧波含量可能超過基波分量的一半以上。

        (2)勵(lì)磁涌流幅值與變壓器空載投入的電壓初相角相關(guān)。電壓過零點(diǎn)投入時(shí)勵(lì)磁涌流幅值最大。

        湘鋼動(dòng)力廠2號(hào)電動(dòng)風(fēng)機(jī)的軸流壓縮機(jī)型號(hào)為AV80-15,由曼(MAN)公司生產(chǎn);高壓同步電機(jī)型號(hào)1DZ2052-8AE02-Z,由西門子公司生產(chǎn)。

        其一次主接線如圖1所示,上級(jí)電源來(lái)自同一母線,該35 kV母線上有其他35 kV變壓器負(fù)載,主電機(jī)的電源經(jīng)過變壓器T2后減壓至10 kV。T1與T2變壓器容量均為5×104kVA。該高壓同步電機(jī)功率33 MW,額定電壓10 kV,額定電流2079 A,輔助最大勵(lì)磁電壓AC 201 V,輔助最大勵(lì)磁電流103 A。

        圖1 高爐風(fēng)機(jī)主接線圖

        2 電機(jī)差動(dòng)保護(hù)原理和定值設(shè)置

        電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)特性,如圖2所示,圖中縱坐標(biāo)Iop為動(dòng)作電流,橫坐標(biāo)Ires為制動(dòng)電流,KDres為比率制動(dòng)斜率,ID,st為差動(dòng)啟動(dòng)電流,It為差動(dòng)特性拐點(diǎn)電流,比率差動(dòng)保護(hù)能保證外部短路不動(dòng)作,內(nèi)部故障有較高的靈敏性。

        圖2 電動(dòng)風(fēng)機(jī)縱差保護(hù)動(dòng)作曲線

        差動(dòng)保護(hù)的設(shè)置,通常比率制動(dòng)差動(dòng)的保護(hù)最小動(dòng)作電流應(yīng)躲過正常運(yùn)行時(shí)差動(dòng)回路的不平衡電流,ID,st一般取0.2~0.4倍額定二次電流;ID,set差速動(dòng)作電流一般取3~8倍額定二次電流。KDres制動(dòng)斜率一般取0.3~0.4。

        3 主電機(jī)故障現(xiàn)象及分析

        3.1 故障現(xiàn)象

        10月29日,2#電動(dòng)風(fēng)機(jī)監(jiān)控電腦顯示“主電機(jī)綜合報(bào)警”,2#電動(dòng)風(fēng)機(jī)停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)西門子勵(lì)磁保護(hù)柜保護(hù)裝置上“common trip”“diff trip”“blocked”3個(gè)LED報(bào)警燈亮,初步判斷是差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作(diff trip),后再巡查主電機(jī)、主變以及主變保護(hù)裝置均無(wú)其他異常。

        3.2 故障排查及分析

        故障發(fā)生后,檢查電機(jī)保護(hù)故障記錄(見表1),后對(duì)主電機(jī)進(jìn)行了檢查,試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常,電機(jī)合格。其中極化指數(shù)為:4.36 GΩ/1.569 GΩ=2.77,大于2;直流電阻:A-B間0.01367 Ω,B-C間0.01368 Ω,AC間0.01365 Ω;25 kV耐壓試驗(yàn)時(shí),泄漏電流12 μA。

        表1 主電機(jī)保護(hù)裝置兩次報(bào)警畫面內(nèi)容

        導(dǎo)出西門子保護(hù)裝置定值,差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)值為0.2倍額定電流,差速定值為7.5倍額定電流,制動(dòng)系數(shù)為0.25。從故障錄波可以看出,T1變壓器沖擊137 ms后,電機(jī)差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)(大于85%的定值),此時(shí)B相差流也超過了0.2倍額定電流,且達(dá)到跳閘出口條件,但由于該過程含有較大直流分量(63.1%)抬高了啟動(dòng)定值,且差動(dòng)啟動(dòng)持續(xù)了40.4 ms后,三相差流小于0.2倍差流,保護(hù)沒有出口,直到250 ms,差流值小于70%定值,差動(dòng)保護(hù)返回。第二次T1變壓器沖擊108 ms后,電機(jī)差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)(大于85%的定值),此時(shí)B相差流也超過了0.2倍額定電流,且達(dá)到跳閘出口條件,差動(dòng)啟動(dòng)持續(xù)了2個(gè)周波40 ms后保護(hù)出口,70 ms后斷路器跳閘,110 ms后差動(dòng)保護(hù)返回。差動(dòng)啟動(dòng)時(shí)L2相差流Idiff-L2=0.25068I/In0>定值0.2I/In0,制動(dòng)電流Irest-L2=0.9141 I/In0(見表2),Idiff-L2/Irest-L2=0.274>斜率1(見圖3,定值為0.25),剛好在圖3中的A點(diǎn)處差動(dòng)動(dòng)作區(qū)內(nèi),因此差動(dòng)動(dòng)作。

        圖3 差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性

        表2 差動(dòng)啟動(dòng)時(shí)故障錄波參數(shù)

        經(jīng)過分析故障波形,結(jié)合系統(tǒng)同一時(shí)刻該系統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行方式,發(fā)現(xiàn)當(dāng)天T1變壓器(容量5×104kVA)大修后進(jìn)行3次沖擊送電。第一次沖擊,T1變壓器沖擊送電137 ms后,電機(jī)差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng),但由于該過程含有較大直流分量(63.1%)抬高了啟動(dòng)定值,保護(hù)沒有出口。第二次T1變壓器沖擊送電108 ms后,電機(jī)差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)且跳閘出口。變壓器沖擊時(shí),電機(jī)電流互感器通過的電流在額定以下(3.04 A,小于5 A),未達(dá)到磁飽和的情況(該電流互感器額定電流為2 500 A,電流互感器保護(hù)級(jí)為5P10,10倍額定電流下誤差為5%),但兩個(gè)互感器檢測(cè)的電流大?。词孜捕苏k娏骱椭C波電流衰減情況)還與同步電機(jī)諧波含量的大小、電流互感器特性曲線等多方面有關(guān)。

        從故障錄波看,差動(dòng)動(dòng)作前電機(jī)首尾端電流IL1-S1、IL2-S1、IL3-S1、IL1-S2、IL1-S2、IL1-S2有一個(gè)增大的趨勢(shì),并且首、尾端同步變化(見圖4)。尾端CT2(S2)的電流衰減率相比首端CT1(S1)更快。這樣就會(huì)產(chǎn)生差流IL-S1 -IL-S1。因此差流產(chǎn)生原因?yàn)槭孜捕薈T特性存在一定差異導(dǎo)致CT電流衰減率不一致。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn),西門子電機(jī)差動(dòng)保護(hù)配套的首端CT型號(hào)(CT12H)與末端CT型號(hào)(SGS10)不一致,形成了一定差流。

        圖4 差動(dòng)啟動(dòng)時(shí)首尾段電流互感器故障錄波曲線

        因此,該次故障的主要原因是同一系統(tǒng)T1變壓器大修后的沖擊送電時(shí),負(fù)載電流產(chǎn)生較多二次諧波分量和直流分量,而電機(jī)首尾互感器特性不一致引起的差流大于啟動(dòng)值而誤動(dòng)作。后咨詢西門子電機(jī)廠家差動(dòng)保護(hù)相關(guān)問題,答復(fù)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)沒有二次諧波制動(dòng)功能,保護(hù)啟動(dòng)定值不建議調(diào)整。

        4 主要措施

        針對(duì)以上原因分析,制定了如下措施:

        (1)用于差動(dòng)保護(hù)的必須采用同一廠家且同一批次的互感器,兩組電流互感器的技術(shù)特性盡量相同。

        (2)在外部變壓器沖擊送電時(shí),必須對(duì)主變采用的比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的最大動(dòng)作電流、比率制動(dòng)電流及比率制動(dòng)系數(shù)的整定值進(jìn)行重新的校核和整定,差動(dòng)的靈敏性要大于1.5,差速的靈敏性要大于1.2,以便可靠地躲過非周期暫態(tài)電流及主變勵(lì)磁涌流的影響。

        (3)保護(hù)定值的設(shè)置要躲過區(qū)外沖擊負(fù)荷和正常不平衡電流的影響,還要考慮直流分量抬高保護(hù)定值的影響。

        (4)在臨近有變壓器或大型電機(jī)投運(yùn)時(shí),可臨時(shí)退出本電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)出口壓板,啟動(dòng)完成后再投入差動(dòng)保護(hù)出口壓板,防止誤動(dòng)作。

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