王濟(jì)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(jī)組重要的輔機(jī)，如果該設(shè)備不能正常工作，將直接影響汽輪發(fā)電機(jī)組的帶負(fù)荷能力，使發(fā)電機(jī)組不能在額定工況下運(yùn)行。差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)是影響給水泵正常運(yùn)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(shí)電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邊界變化區(qū)的范圍，及采樣值電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(zhǎng)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(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)的影響。文獻(xiàn)［3］分析了大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)中性點(diǎn)電流互感器（current transformer，CT）飽和引起CT二次電流發(fā)生畸變?cè)斐刹顒?dòng)保護(hù)動(dòng)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(dòng)作時(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因及解決的措施和對(duì)策。文獻(xiàn)［5］分析了引風(fēng)機(jī)開啟時(shí)差動(dòng)保護(hù)頻繁動(dòng)作跳閘的原因及解決方法。

本文針對(duì)某廠6 k V給水泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(jī)啟動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作工況及分析

某電廠2×350 MW 燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組各配置1臺(tái)汽動(dòng)給水泵，2臺(tái)機(jī)組共用1臺(tái)電動(dòng)給水泵。給水泵電機(jī)有2路電源供電，分別取自1、2號(hào)機(jī)組的6 k V B段母線。給水泵電機(jī)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(jī)電源側(cè)及中性點(diǎn)側(cè)CT的準(zhǔn)確等級(jí)為5P20，變比為1 000／1，額定容量為20 VA。給水泵電機(jī)2個(gè)電源的保護(hù)裝置曾經(jīng)有2次在電機(jī)啟動(dòng)過程中差動(dòng)電流達(dá)到定值，差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)跳閘。給水泵電機(jī)差動(dòng)保護(hù)采用基波有效值實(shí)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(dòng)保護(hù)跳閘。

1.1 給水泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作報(bào)文及波形

2020年4月8日14時(shí)18分，1號(hào)機(jī)6 k V廠用1B段給水泵電機(jī)電源差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(dòng)電流，差動(dòng)保護(hù)跳閘。

2020年5月8日5時(shí)30分，2號(hào)機(jī)6 k V廠用2B段給水泵電機(jī)電源差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(dòng)電流，差動(dòng)保護(hù)跳閘。

圖2 2號(hào)機(jī)電源差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作波形

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

1.2 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況分析

利用保護(hù)裝置軟件根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的錄波還原現(xiàn)場(chǎng)故障波形，1號(hào)機(jī)6 k V廠用1B段給水泵電機(jī)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(jī)兩側(cè)C相電流的差動(dòng)電流大于保護(hù)動(dòng)作值，引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

1號(hào)機(jī)組6 k V廠用1B段給水泵電機(jī)電源三相電流保護(hù)裝置啟動(dòng)時(shí)的諧波數(shù)據(jù)見表1，保護(hù)裝置啟動(dòng)40 ms時(shí)的諧波數(shù)據(jù)見表2，保護(hù)裝置啟動(dòng)80 ms時(shí)的諧波數(shù)據(jù)見表3，保護(hù)裝置跳閘時(shí)的諧波數(shù)據(jù)見表4。

表1 保護(hù)裝置啟動(dòng)時(shí)的諧波數(shù)據(jù) 單位：%

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

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

表4 保護(hù)跳閘時(shí)的諧波數(shù)據(jù) 單位：%

給水泵電機(jī)在啟動(dòng)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(jī)啟動(dòng)時(shí)間的增長(zhǎng)，直流分量和2～5次諧波分量是逐漸減小的，但是由于電機(jī)兩側(cè)三相電流同相CT衰減時(shí)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(yàn)報(bào)告

現(xiàn)場(chǎng)人員用CT測(cè)試儀分別對(duì)1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組的給水泵電機(jī)電源中性點(diǎn)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(yàn)，從CT測(cè)試的試驗(yàn)報(bào)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(yàn)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(jī)6 k V電源側(cè)至中性點(diǎn)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(jī)中性點(diǎn)側(cè)電流互感器二次負(fù)擔(dān)測(cè)試阻抗單位：Ω

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

表6 給水泵電機(jī)差動(dòng)保護(hù)定值

對(duì)給水泵電機(jī)2臺(tái)保護(hù)裝置的軟件程序進(jìn)行升級(jí)，優(yōu)化差動(dòng)保護(hù)邏輯，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)增加了100 ms的啟動(dòng)差動(dòng)延時(shí)，躲過電機(jī)啟動(dòng)開始瞬間的暫態(tài)峰值電流，避免因電機(jī)啟動(dòng)過程CT的暫態(tài)飽和造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

將給水泵電機(jī)2臺(tái)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(duì)比分析

調(diào)取CSC-237C裝置優(yōu)化后2022年6月8日23時(shí)41分給水泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)保護(hù)啟動(dòng)錄波和優(yōu)化前2021年11月27日10時(shí)51分給水泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的錄波進(jìn)行對(duì)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(jī)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(shí)41分給水泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)保護(hù)啟動(dòng)錄波進(jìn)行分析：電機(jī)啟動(dòng)時(shí)保護(hù)電流從無到有，突變量啟動(dòng)錄波；40 ms附近啟動(dòng)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(huì)啟動(dòng)錄波。

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

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)6 k V給水泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因分析和針對(duì)保護(hù)誤動(dòng)采取的措施，闡述了大容量電機(jī)啟動(dòng)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(dòng)保護(hù)誤動(dòng)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(dòng)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(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)行的穩(wěn)定性。