【摘要】通过一起引风机差动保护在6kV厂用工作段快切事故切换过程中误动作分析处理，阐明了电流互感器饱和是导致这次保护动作的主要原因，提出对比分析相应的解决方案，并采用适合方案。
【关键词】差动 快切 误动 方案
【正文】
0 引言
按照《继电保护及安全自动装置技术规程》对电动机差动保护设置的要求，即“2000kW及以上的电动机，或2000kW 以下但电流速断保护灵敏系数不符合要求时，可装设纵联差动保护，纵联差动保护应防止在电动机自起动过程中误动作”。根据这一原则，针对电动机差动保护的工程应用，为躲过电动机自启动过程中启动电流瞬时激增而导致差动保护CT饱和，差动回路二次电流波形畸变而引起的保护差流，国内各微机保护装置厂家采取了不同的对策，在实际应用中千差万别。现结合国内保护装置外部回路二次线设计习惯，就广西方元电力来宾电厂2×300MW扩建工程机组达产投运以来，引风机差动保护在6kV厂用工作段快切事故切换过程中频繁误动，严重影响相关机组安全生产的事例，通过开展认真细致地理论分析、研究计算，通过保护装置软件升级及定值计算整改等，使问题得以解决，现将主要情况介绍如下：
1 基本情况
来宾电厂2×300MW扩建工程#3、＃4机组至2007年4月底正式投运以来曾多次发生机组运行时，6kV厂用电快切事故切换过程中引风机差动保护误动作事故，造成锅炉灭火，事故扩大，机组恢复发电时间延长等，严重影响了电厂的安全生产运行。
1.1工程基本情况
来宾电厂＃3、＃4机6kV厂用工作段（A、B段）引风机电动机容量为2000kW，负荷电流238A，按规程，工程均配置纵联差动保护，保护装置为珠海万力达型，保护用CT装设A、C两相，且分别设置在电动机星尾及6kV开关柜出线电缆处，其中＃3、＃4机6kV厂用工作A段、B段引风机电动机星尾CT（保护用）至保护装置电流回路电缆长度分别为384m、431m、365m、151m，电缆芯设计选取4mm2，CT二次绕组输出容量设计取30VA，CT变比400/5，保护装置差动定值见下表1：
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1.2事故情况
至来宾电厂＃3、＃4机组投运以来，因新上设备的系统稳定性、煤质不稳及运行人员运行经验不足等原因，曾发生过多起机组非停事故，普遍事故经过可归纳为主汽门关闭后启动发变组保护程跳逆功率，经延时定值1.5秒后保护出口跳闸，同时启动厂用电快切，6kV厂用工作段电源瞬时由高厂变低压侧切换至启备变低压侧（时间间隙约100ms），而当由启备变电源带6kV厂用工作段的同时，引风机差动保护动作出口（其中的动记录可见下表2）引风机跳闸，此时DCS程序联跳送风机等，最终导致锅炉灭火停炉事故扩大，延长机组恢复发电时间。
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1.3电动机差动保护原理简述
珠海万力达MMPR-620Hb型电动机微机综合保护装置纵联差动保护包括差动速断保护及常规比率差动保护（动作电流为机端电流及中性点电流的矢量和，制动电流为中性点电流），在电动机启动过程中，保护经设置的“电机启动闭锁延时”时间元件延时出口，以躲过电动机启动过程中瞬时暂态峰值电流，提高保护可靠性。启动结束后，差动保护不经该判据。其差动保护动作曲线如下图：
珠海万力达MMPR-620Hb型电动机微机综合保护装置电机启动判据：当电动机的最大相电流从零开始超过10%Ie （Ie 为电动机额定电流，下同）时，装置开始计时，直到电流下降到120%Ie为止，这段时间称为电动机的启动时间）
2 原因分析及处理
2.1原因分析
事故发生后，业主单位组织了事故排查，经现场检查，引风机电动机电气一次系统及二次接线正常，并按《继电保护装置检验条例》对保护装置进行了故障后校验调试，装置采样及出口均满足误差要求，未发现异常，排除相关一次设备故障及二次线因人为错误误动等可能情况，并结合多次事故所产生的类似现象及该套保护装置的功能原理，业主单位一致分析认为：该故障是典型的电动机在残压惰转的工况下，差动保护未能躲过其再启动而产生的瞬时尖峰电流所致。该尖峰电流使CT磁通瞬时过饱和，在CT二次输入阻抗的影响下，其传变至CT二次侧时将发生二次电流波形畸变，从而使得差动电流回路产生了较大的不平衡电流，当该不平衡电流大于差动动作值，且此时又无时间闭锁逻辑或该时间闭锁逻辑失效时，保护装置动作出口。
结合本工程实际情况，来宾电厂＃3、＃4机组引风机电动机差动保护电流回路的主要二次负荷为：中性点CT至保护装置的二次电缆阻抗及微机保护装置等，（）在此阻抗影响下，电机自启动的瞬时尖峰电流传变至CT二次侧，使之瞬时过饱和，并由此在保护回路引起了不平衡差流。按珠海万力达该种型号保护装置（MMPR-620Hb）的启动闭锁延时逻辑功能（即保护装置检测到的二次电流从无到有时，认为电机在启动工况，保护装置即启动该闭锁逻辑功能），该保护回路不平衡差流在电机在正常开机启动过程中可正常躲过，使差动保护不出口；但在厂用电事故快切后，厂用电在恢复过程中，电机经历了残压惰转并自启动的工况，此时，该套保护装置闭锁逻辑功能无法进入判断程序（此时保护回路一直有电流，且为电机从正常电流～惰转的衰变电流～电机自启动电流的过程），该闭锁功能失效，从而当该不平衡差流大于差动动作值时，保护无闭锁致使差动保护出口动作，电机跳闸，事故扩大。
2.2故障处理方法及结果
2.2.1更换CT，使其二次绕组输出容量满足要求。
差动保护的差动不平衡电流决定于两侧电流互 感器的相对误差而不是单个电流互感器的误差 ,因此只要两侧电流互感器的负载能匹配就可大大降低差动不平衡电流 。
根据保护用电流互感器输出容量计算公式
Sa = I2sn ( ∑Krc Zr + K1c Z1 + Zt ) .
式中 : Sa ———电流互感器的实际输出容量 , VA ;
Isn ———电流互感器的二次额定电流 , A ，本案例为5A;
Krc ———继电器的接线系数，本案例为两相不完全星形接线，1.732；
Zr ———继电器线圈阻抗 , Ω，微机保护装置阻抗小 , 二次回路接触电阻很小 (0.05～0.1Ω) ,本案例取0.1Ω;
K1c ———连接导线的连线系数,本案例为1根导线并接，取1
Z1 ———连接导线的阻抗 , Ω，本案例计算得1.886Ω;
Zt ———接触电阻 , 二次回路接触电阻很小 (0.05～0.1Ω) ,本案例取0.1Ω;
从公式中可以看到电流互感器的二次回路阻抗 主要由三部分组成 , 分别是继电器线圈的阻抗、连接导线的阻抗和接触电阻。微机保护装置阻抗小 ,二次回路接触电阻很小(0.05～0.1Ω) ,电流互感器的二次负载,主要决定于二次电缆。机端侧 CT 二次电缆至保护装置不足2m ,而中性点侧 CT 至保护装置的二次电缆长达 430 m ,负载阻抗相差百倍。按铜电阻率为 57Ω·mm2,芯线截面为 4 mm2计算电缆回路阻值为430/(57×4)Ω=1.886Ω。
A C相电流互感器采用不完全星形接线方式,计算互感器输出容量
Sa = I2sn ( ∑Krc Zr + K1c Z1 + Zt )
=52 ( 1.732 ×0.1 + 1×1.886 +0. 1) =54VA
优点：通过理论计算较易实现。
缺点：如此二次输出容量大的CT市场采购难，需专门订做，CT体积易受开关柜固有尺寸影响，安装较困难，技改资金投入较大，改造周期长等；
2.2.2更换（或增加敷设）电动机星尾CT（保护用）至保护装置电流回路二次电缆为6 mm2，加大电缆芯截面，降低二次阻抗。
从公式中可以看到电流互感器的二次回路阻抗 主要由三部分组成 , 分别是继电器线圈的阻抗、连接导线的阻抗和接触电阻。微机保护装置阻抗小 ,二次回路接触电阻很小(0.05～0.1Ω) ,电流互感器的二次负载,主要决定于二次电缆。机端侧 CT 二次电缆至保护装置不足2m ,而中性点侧 CT 至保护装置的二次电缆长达 430 m ,负载阻抗相差百倍。A C相电流互感器采用不完全星形接线方式,计算最大电缆电阻值
Sa = I2sn ( ∑Krc Zr + K1c Z1 + Zt )=52 ( 1.732 ×0.1 + 1×Z1 +0. 1) >30VA
Z1<0.9268Ω
按铜电阻率为 57Ω·mm2,计算电缆回路阻值为430/(57×A)Ω<0.9268Ω。最小芯线截面A为 7 mm2，为了可靠选择10mm2或者6mm2的两根或4mm2的三根并接。
优点：通过理论计算较易实现。
缺点：如此芯线10mm2截面的电缆需专门订做，10mm2或者6mm2的两根或4mm2的三根并接，在CT接线端子上安装较困难，投资较大，敷设电缆难度大，实施需动用较多的人力物力，改造周期较长。
2.2.3更换额定电流5A为1A的CT以及保护装置采样板。
从公式中可以看到电流互感器的二次回路阻抗 主要由三部分组成 , 分别是继电器线圈的阻抗、连接导线的阻抗和接触电阻。微机保护装置阻抗小 ,二次回路接触电阻很小(0.05～0.1Ω) ,电流互感器的二次负载,主要决定于二次电缆。机端侧 CT 二次电缆至保护装置不足2m ,而中性点侧 CT 至保护装置的二次电缆长达 430 m ,负载阻抗相差百倍。按铜电阻率为 57Ω·mm2,芯线截面为 4 mm2计算电缆回路阻值为430/(57×4)Ω=1.886Ω。
A C相电流互感器采用不完全星形接线方式,计算互感器输出容量
Sa = I2sn ( ∑Krc Zr + K1c Z1 + Zt )
=12 ( 1.732 ×0.1 + 1×1.886 +0. 1) =2.16VA<30VA
优点：通过理论计算较易实现。
缺点：CT以及保护装置采样板需专门订做，改造周期较长。
2.2.4在差动保护闭锁（电动机启动闭锁延时）出口延时调至100ms～200ms之间，依靠延时闭锁躲过电动机启动过程尖峰电流所引起的保护回路二次不平衡差流。
优点：需要修改延时定值，无施工难度和增加成本。
缺点：降低差动保护在电机启动时的动作快速性。
电动机额定电流
电动机过电流保护
过流Ⅰ段定值1（起动内速断高值）
过流Ⅰ段延时定值：取最低刻度Tsd=0S
6kV母线最小两相短路电流为18.69kA，灵敏度为18690/(34.87*80)=6.7大于2，满足要求。
2.3方案选择
综合考虑种种因素，由于现场需要短时间内恢复电动机运行，由于电流速断保护灵敏度为6.7，远远大于2的要求，保证发生相间故障时保护能可靠快速的切除故障，差动保护在电动机启动时设置较小延时也不影响保护动作可靠和快速性。因此选择采用方案4，在灵敏度满足要求的电流速断保护投入的情况下，修改差动保护闭锁延时为200ms，经试验以及现设备运行至今状况良好，不再发生过类似故障现象，也未发生保护误动和拒动情况。
3 结束语
电流互感器以及二次负载选型是否合适，将直接影响到保护采样以及动作的效果 , 而若选型不当则其饱和的问题在实际应用中又比较突出，本案例结合现场实际情况采用了在灵敏度满足要求的电流速断保护投入的情况下的增加差动闭锁延时的折中方案，解决了实际问题，但仍不是最佳的方案，最佳的方案在于差动保护选型设计时应考虑到电流互感器、二次负载、保护采样板额定电流选型是否满足要求。理论计算经验得知若二次电缆比较长则应选择额定电流为1A的电流互感器以及相应额定电流为1A的保护采样板，以便解决电流互感器饱和导致保护误动问题。处理建设工程实际问题，需结合现场环境、工期进度情况、技术经济条件等因素，务必通过严谨细致地技术经济论证对比，研讨出科学合理、扎实可行的解决方案并付诸实施。
【参考文献】
[1]袁季修、盛和乐、吴聚业编著.保护用电流互感器应用指南[M].北京:中国电力出版社，2003.
[2]石峰. 给水泵差动保护误动分析[J ]. 广东电力, 2005 , 18 (10) : 47 —49.
作者简介：谢建恒，男，现年41岁，时任来宾电厂2×300MW机组改扩建工程的工程部电气专责（2005~2008年），负责电气专业建安工程、生产技术及安全管理工作，现任广西广投乾丰售电有限责任公司总经理助理、投资发展部主任，贺州市桂源水利电业有限公司副总经理（挂职）。