引風機差動保護誤動作原因分析與處理

劉同勝

(中國大唐集團有限公司遼寧分公司，沈陽110000)

2 MW及以上的高壓電動機或2 MW以下中性點具有分相引線的高壓電動機，當電流速斷保護靈敏度不夠時，均應裝設縱聯差動保護。隨著電力系統的不斷發展，發電廠機組容量也日益增大，若配備差動保護的輔機在試轉和運行過程中經常遇到差動保護誤動的現象，將嚴重威脅機組安全穩定運行。某電廠在啟動引風機過程中，引風機差動保護誤動作。下面就此問題分析差動保護特性，并提出2種解決方法。

1 事件經過

2016年9月7日某350 MW機組啟動引風機過程中，引風機差動保護動作。差動保護誤動作故障記錄見表1。

表1 引風機差動保護動作記錄1 A

從表1可以看出:在引風機啟動過程中，A相差動電流為2．866 A，制動電流為3．816 A;B相差動電流為3．811 A，B相電流為3．606 A，A 相與 B相比例制動差動保護均動作。C相電流在啟動過程中，制動電流5．116 A遠大于差動電流0．014 A，C相比例制動差動保護未動作。

隨后更改保護定值中的控制字，比率啟動時延時投退改為“投入”，即啟動后延時120 ms再投入比例差動保護。

2016年9月12日，啟動引風機過程中，再次發生差動保護誤動作的情況。差動保護誤動作故障記錄見表2。

表2 引風機差動保護動作記錄2 A

2 現場設備參數

2．1 差動保護動作特性

式中IT、IN分別為機端、中性點互感器電流。引風機差動保護整定值:電動機額定電流0．8 A，差動速斷保護電流4．0 A，最小動作電流 Idzmin=0．5 A，最小制動電流Izdmin=0．8 A。差動保護動作曲線見圖1。各保護(比率差動制動系數，差動速斷啟動時投退，差動速斷啟動延時投退，比率差動啟動時投退，比率啟動時延時投退，比率啟動時比率投退)都為投入狀態。

根據定值投入情況，在電機啟動期間，比率差動保護延時120 ms投入，比率差動保護斜率為0．8。

由于差動斜率取值范圍在0．3～0．8，因此此次引風機保護誤動作，不是由于定值整定不合理造成的，也無法通過提高保護動作的門檻值來抑制在電機啟動暫態過程中的差動保護誤動情況。

圖1 差動保護動作曲線

2．2 電流互感器參數

中性點、機端電流互感器型號 LZZBJ9-12/175b/2，額定輸出15 VA，額定變比600/1，準確級5P20。

通過現場測量電動機機端及中性點的二次負載，電動機機端TA二次負載為0．4 Ω，電動機中性點二次負載為 2．5 Ω。

3 電流互感器誤差檢查

通過上述分析判斷此次引風機差動保護的誤動作，是由于電流互感器的誤差所引起的。通常對電流互感器誤差特性分為2個方面分析，穩態誤差與暫態誤差。

3．1 TP級和P級電流互感器

電流互感器的準確級次分測量級、穩態保護(P)級和暫態保護(TP)級。差動保護的快速動作應使發電機兩側電流互感器在變換電流時的暫態特性好并盡可能一致，以免出現過大的暫態不平衡差動電流和比按線性計算值小的制動電流，從而避免縱差保護的誤動作。為此，人們采用暫態保護(TP)級電流互感器。用于繼電保護的P級電流互感器并不考慮暫態誤差，僅考慮穩態誤差，只保證穩態誤差要求。一次電流In之比，標準值為5、10、15、20、30。例如，5P20表示5P級電流互感器在20倍一次額定電流下，其復合誤差εc≤±5%;10P20表示10P級電流互感器在20倍一次額定電流下，其復合誤差εc≤±10%。

3．2 電流互感器常規試驗檢查

電流互感器常規試驗檢查主要包括變比、極性檢查，直流電阻測試，拐點電壓及電流，伏安特性幾項，測試結果見表3、表4。電流互感器拐點電壓也稱飽和起始電壓，即線性度有較大變化的起始點。

表3 電流互感器相關特性試驗結果

表4 電流互感器伏安特性

表3中的互感器變比、極性試驗結果均符合DL/T 596—2005《電力設備預防性試驗規程》;表4試驗結果與廠家提供的曲線比較無明顯差別。

3．3 電流互感器10%誤差曲線校驗

電流互感器接入負載后的等值電路見圖2，其中I1、I2分別為一、二次電流;Ie為額定電流;Z1、Z2分別為一、二次側阻抗;E為感應電動勢，Zen為二次負載阻抗。通過電流互感器特性曲線，計算10%誤差特性曲線，測量結果見表5，U2為電流互感器二次電壓。

圖2 電流互感器接入負載后的等值電路

測量保護回路電流互感器阻值，滿足 DL/T 596—2005規定的10%誤差要求，因此排除了其穩態差動引起差動保護誤動作的可能。

3．4 減小電流互感器暫態誤差方法

適當提高最大制動系數 Kres．max;選擇二次額定容量較大的互感器，盡量減小二次實際負荷S2;適當增大一次額定電流，減小二次額定電流。

表5 電流互感器10%誤差曲線測量數據

4 解決方案

該機組引風機在啟動過程中，差動保護誤動作是由于電流互感器暫態誤差所引起的。通過對差動保護故障數據分析，解決啟動期間差動保護方法有兩種:一是將控制字，比率啟動時延時投退“投入”，即在啟動期間閉鎖比率制動保護120 ms;二是減小差動保護電流互感器回路二次電纜的阻抗。

此外還有兩種情況有可能發生差動保護誤動作:廠用電切換過程中，由于切換相角大，產生很大的沖擊電流;電動機在自啟動過程中，也有可能發生類似情況。對于此類問題主要的解決方法包括:加大電流回路電纜截面積，較小阻抗;選擇多繞組互感器，將兩個繞組串聯使用;適當增加比例制動系數。

如果上述方法均未得到解決，可以更換電流互感器來得到最終的解決，其變比為額定電流的2．0～2．5 倍。

5 結論

在大型電動機啟動過程中，經常會導致差動保護誤動作，其原因包括二次接線錯誤，定值整定不當，電流互感器二次負載不滿足10%誤差曲線要求，電流互感器暫態誤差。此次引風機差動的主要原因為電流互感器暫態誤差引起，最終通過加大電流回路電纜截面積及改變啟動過程中差動保護控制字的方式予以解決。