4500KW电机差流速断保护动作研究分析及对策

1、4500kwW电动机差流速断保护 动作及研究及对策 冯振海 常琼华 陈树宽 刘宝斌 周云瑶 郭文斌 710038 灞桥热电厂【摘要】：某发电厂4500kwW电动给水泵在定期轮换工作启动过程中，差流速断保护动作，作者通过对开关、电动机、电缆、保护装置及二次回路的一系列检查，对差流产生的原因进行了深入的分析，分析得出电机启动过程CT特性对继电保护定值的影响，对差流产生的原因进行了深入的分析， 并对电机实际启动时的运行电流进行录波再次深入分析，并针对实际运行工况，对保护定值计算原则及参数进行修订、进行优化继电保护定值，最终实现电机正常启动。【关键词】：差流速断保护 分析 研究 【Abstract】：

2、A power plant 4500 kw electric feed water pump in the regular work in the process of start, differential velocity fault protection action, based on switch, motor, cable, protection and secondary circuit of a series of inspection, analysis the motor starting process CT features of relay protection se

3、tting of the influences of differential current reasons to carry on the thorough analysis, and the actual operation of the motor start current wave record again in-depth analysis, in view of the actual operation condition, the definite value for optimization, and finally realize the normal starting

4、motor. 【Key words】: Differential velocity fault protection aAnalysis rResearch 2013年1月16日，我厂#12给水泵在做定期轮换工作中启动时跳闸，检查保护动作信息为差流速断保护动作。随后我厂紧急安排检修人员进行检查电机绝缘、定子绕组直阻测试 ；电缆、电机直流、交流耐压； 保护装置检查、保护用CT变比、直阻、二次回路完整性及绝缘、V/A特性测试、CT变比二次回路完整性及绝缘检查；保护校验线性度和校核VA特性正常。电机按照规定配置有电动机综合保护、差动保护.。#12给水泵主回路为双电源供电方式，分别分布在厂6kV11B

5、段、厂6kV12A段（6kvV开关操作回路设置有闭锁接点，实现相互比闭锁，正常运行方式下，只能由一个开关向电动机供电）。其差动保护装置于2010年更换为国电南自保护装置PSM6921U差动综合保护装置，投运一年多，#12给水泵多次启动均未发生异常情况。一、 一次设备基本情况及检查情况：1、 一次设备基本参数：电动机型号及参数为：型号YK4500-2/1430 、PN=额定功率4500kW 、额定电流IN=494A UN =额定电压6kV COS=、额定功率因数0.91 高压电缆规格参数为：型号 ZR-YJV22-6/6kV 、规格3×185mm2（厂6kV11B段）， 型号ZR-YJ

6、V22-6/6kV 、规格3×185mm2（厂6kV12A段）。2、一次设备检查结果：电动机检查情况：在电机接线盒甩开电缆接线，并打开电机中性点连接母排，。测量电机各相直阻见下表测试结果：序号相别测量值(m)上次大修检修记录测量值(m)（2010年5月）1U-U20.9620.962V-V21.0221.123W-W21.0821.05结论：符合要求电机绝缘测试结果序号相别测量值(M)备注1U-U40000测量某一相时，另外两相短板路并接地2V-V400003W-W40000结论：符合要求电缆绝缘测试结果序号相别测量值(M)备注1A40000测量某一相时，另外两相短板路并接地2B30

7、0003C30000结论：符合要求电机直流耐压测试结果序号相别测量值(uA)备注 1U-U2电压12000V下的测试值，20uA以下合格2V-V1.83W-W1.5备注：电压12000V下的测试值结论：符合要求电缆直流耐压测试结果序号相别测量值(uA)备注 1A10电压25000V下的测试值，20uA以下合格2B63C8备注：电压25000V下的测试值结论：符合要求电动机交流耐压， 按照规程在1.5Ue即9kV，1min，耐压正常。二、 保护动作及配置及动作、检查情况1、保护动作报文 ：2013.1.15 07：47：02.377电流突变量元件判断启动2013.1.15 07：47：02.41

8、2 差流速断启动动作 2013.1.15 07：47：02.417 差流速断动作Icd=21.81A2013.1.15 07：47：02.432 差流启动复归2013.1.15 07：47：07.377电流突变量元件判断返回2、保护定值计算 ：按照继电保护技术规程要求电机容量大于2000KW，必须配置差动保护装置。根据实际，本厂配置了PSM691U电动机差动综合保护装置、PSM692U电动机综合保护装置，。PSM691U电动机差动保护为其中差流速断保护整定原则如下：2.1.电流互感器 600/52.2 短路电流计算 I（2）k.min=15752.9A I2.k.min=9094.9A 2.3

9、 保护定值计算2.3.1 电机二次额定电流 Is=4.12A 取4.10A2.3.2 启动时间 ts=16s2.3.3差动CT断线闭锁差动：投入 CT断线后闭锁差动保护2.4 差流速断保护：2.4.1 动作电流：2.4.2原则一：动作电流按躲过电动机启动时的最大不平衡电流计算，一般电动机启动时的最大不平衡电流不超过2.0Ie，根据经验取：Iop=（4-5）Ie 实取5Ie(大型发电机组继电保护整定计算与运行技术指导手册 高春如 ISBN978-7-5083-3548-3)2. 4.3原则二：动作电流躲过电动机启动时CT暂态特性不一致而引起的不平衡电流整定，在电动机启动瞬间，由于两侧差动CT暂态

10、特性不一致，短时使差动两侧电流之间的相位差达30°，此时最大不平衡电流为 Iunb.max=(1-cos30°)Iqd.max/na=(1-cos30°)×8×INe/na=1.1×INe/na Iop=KrelIunb.max=2×1.1×INe/na=2.2INe/na=2.2Ie 2.4.4灵敏度校核：用最小运行方式下电动机机端附近发生两相金属性短路时的最小短路电流验算。Ksen=6.402两者进行比较后定值实际取值范围为取较大值，即5Ie，即（整定二次电流为20.5A）。3.保护及二次回路检查情况3.1保护

11、原理接线图 Id 差流速断动作区 Isd K动作区 Icd 制动区 0 Ig Ikmax Izd 当电动机内部发生严重故障的时候，差动电流大于电动机启动时的暂态峰值差流，此时差动保护应立即动作，以提高电动机内部严重短路时保护的动作速度。本装置当任一相差流大于差流速断保护的整定值时，保护装置将无延时出口。3.2 CT极性测试使用TA测试仪测试电源侧及中性点侧CT极性均为减极性，符合规程要求。3.3二次回路直流电阻 （单位（）相别电源侧A相电源侧C相中性点侧A相中性点侧C相 R0.287 0.2880.203 0.218R750.3420.3430.2430.2603.4绝缘电阻及耐压试验 （单位

12、（M）相别P1-2S12S1-地电源测A相500500电源侧C相500500中性点A相500500中性点C相500500结论：符合要求3.5变比测试相别变比测试结论电源测A相600/5合格电源侧C相600/5合格中性点A相600/5合格中性点C相600/5合格3.6 CT V/A特性测试 特性曲线分析：V/A特性曲线良好，特别是拐点部分电流电压电测试值非常接近。基本上排除CT静态特性的差异。4、保护装置故障录波数据及录波图启动时刻电流录波波形：电源测A相中性点A相电源侧C相中性点侧C相启动时刻合成波形45五、 故障波形原因分析原因分析： 4.1、CT特性曲线存在一定差异，主要表现在线性段特性较

13、好，饱和段略有差别，基本满足要求。 4.2、启动时刻：从采样分析看239采样点时（对应时刻1190000），C相差流达到21.35A保护已经启动（大于20.5A定值），214采样点时（对应时刻1200000），C相差流达到21.81A，保护判断3个采样点均大于定值后，保护出口跳闸。明显采样到二次谐波，且尾部谐波分量均在241采样点时分别达到5.2A（A相），6.56A（C相）,分别占运行工况电流的20%左右，由于二次谐波的间断角和偏向时间轴的一侧的特性（即包含大量直流分量），从而使CT误差增大，从数据分析得知241采样点时，首、尾 C相CT角度分别为59.87，115.16；角差达55.29度

14、，首、尾 A相CT角度分别为15.68，327.59；角差达48.09度，这是导致AC相产生差流的主要原因。保护动作时的启动电流A相最大达到26.8A，C相电流最大达到27.65A，约为额定电流4.1A的6.54-6.74倍，C相差流为22.27A达到最大，A相差流最大也达到了15.6A，自242采样点后，A、C相差流均趋于下降趋势。从此数值上进行分析，计算依据中4-5Ie，明显偏小刚好未能躲过本次启动时的最大差流，。 此次事件发生后，我厂对将差流速断定值参照速断保护启动后定值取提高为8Ie。重新启动给水泵未发生差流速断动作的情况。六：对策：整定原则分析：原则一：动作电流按躲过电动机启动时的最

15、大不平衡电流计算，一般电动机启动时的最大不平衡电流不超过2.0Ie，根据经验取：Iop=（4-5）Ie 实取5Ie(大型发电机组继电保护整定计算与运行技术指导手册 高春如 ISBN978-7-5083-3548-3)从实际采样分析：保护动作时的启动电流A相最大达到26.8A，C相电流最大达到27.65A，约为额定电流4.1A的6.54-6.74倍，C相差流为22.27A达到最大，A相差流最大也达到了15.6A，自242采样点后，A、C相差流均趋于下降趋势。从此数值上进行分析，计算依据中4-5Ie，刚好未能躲过本次启动时的最大差流。从实际看取值不能满足实际工况要求。原则二：动作电流躲过电动机启动

16、时CT暂态特性不一致而引起的不平衡电流整定，在电动机启动瞬间，由于两侧差动CT暂态特性不一致，短时使差动两侧电流之间的相位差达30°，此时最大不平衡电流为 Iunb.max=(1-cos30°)Iqd.max/na=(1-cos30°)×8×Ie/na=1.1×Ie/na Iop=KrelIunb.max=2×1.1×Ie/na=2.2Ie/na=2.2Ie (大型发电机组继电保护整定计算与运行技术指导手册 高春如 ISBN978-7-5083-3548-3)从实际采样分析：从数据分析得知241采样点时，首、尾 C

17、相CT角度分别为59.87，115.16；角差达55.29度，首、尾 A相CT角度分别为15.68，327.59；角差达48.09度，这是导致AC相产生差流的主要原因。采样点C相电源侧C （°）C相中性点侧C（°）同一采样点角差（°） Cos值239239.81291.3951.580.62240329.3926.657.520.5424159.87115.1655.290.57242149.95194.9745.020.71243239.98287.4747.490.68244329.8016.4546.650.69分析：启动后C相两侧相位差介于46.65-57

18、.52度-启动后240点时，角度差别达到最大57.52度 按照整定原则重新计算Iunb.max=(1-cos30°)Iqd.max/na=(1-cos57.52°)×8×Ie/na=3.7×Ie/na Iop=KrelIunb.max=2×3.7×Ie/na=7.4Ie/na=7.4Ie 实际取值为8 Ie，整定值为8 Ie（二次值）6七、总结：4500kW电动机启动过程中发生的差流速断保护动作的情况并不常见，特别是在我厂#12、#13给水泵在2010年保护装置改造后，前后历时近2年时间，该泵多次启动均未发生差流速断保护动作的情况，按照整定原则取值4-5Ie，结合此次启动过程中保护动作录波及动作保护报告分析，由于启动过程中暂态过程、直流分量、CT特性、起动电流等原因综合分析，造成角度差大于导则中的理论分析值30度，实际采样分析最大达到57.52（详见列表），导则中的取值范围偏小，。解决的方案可以在综保具备条件的情况下增加30-50ms延时，若保护不具备此项整定功能，参照启动后电流速断保护7.8Ie的上述分析调整取值范围，将定值取为 8Ie。此次事件发生