万家寨引黄工程CT电流重复计入差动的处理措施

赵彩钢，刘奕思

（山西省万家寨引黄工程管理局，山西 太原 030012）

1 工程概况

万家寨引黄工程位于山西省西北部，从黄河万家寨水利枢纽取水，由总干线、南干线、北干线和联接段四部分组成。总干线西起黄河万家寨水库，沿偏关县北部东行44.4 km至下土寨村附近设分水闸，以下分成南干线和北干线。南干线由分水闸向南经偏关、神池，到宁武县头马营入汾河，长102 km。联接段北起南干线7号隧洞头马营出口，南至太原市呼延水厂，长139.4 km。北干线由分水闸向东，经偏关、平鲁、朔州、山阴、怀仁至大同市南郊的墙框堡水库，长156.7 km。

引黄工程从黄河万家寨水库取水，分别向太原、平朔、大同3个能源基地供水。根据已批准的规划，引黄工程年引水12亿m3，每年引水时间10个月，八九月万家寨水库降低库水位排沙期间不引水。总干线设计流量48 m3/s。在分水闸，北干线分流22.2 m3/s，年分水量5.6亿m3；南干线分流25.8 m3/s，年分水量6.4亿m3。根据国民经济发展规划和需水预测，经水资源平衡计算，到2030水平年，大同、平朔2个地区共缺水5.41亿m3，计入引水线路的输水损失后，北干线最终年引水量为5.6亿m3。

2 问题提出

万家寨引黄一期工程5座泵站共投入15台大型水泵电动机组，其中定速电机8台，变速电机7台。正常情况下，定速机和变速机都采用变频器拖动的变频启动方式，但在紧急情况下，需对定速机组采取直接启动的方式，以保证供水运行的不间断和水泵的运行安全。由于高电压、大容量变频器和大型水泵电动机组的使用，引黄泵站10 kV系统的接线方式同常见的10 kV系统接线有所不同，电机（以下简称SM）至变频母线的电缆安装位置在母线保护电流互感器（以下简称CT）进线侧。由于此接线的影响，电机在由变频器拖动软启动的情况下，流入电机的电流Ism（见图1）会被10 kV母差保护在SM侧CT和变频器（以下简称SFC）侧CT重复采样，误判为存在差流，出现保护误动。因此，必须采取有效措施处理CT电流重复计入差动这一问题。

3 电机不同启动方式时CT电流计入差动情况

电机变频启动时，泵站定速电机由变频器拖动软启动的方式，此时SFC侧的母线保护CT电流应计入差动，SM侧的母线保护CT电流不应计入差动。定速机在满足同期条件同期命令发出SM合闸命令，SFC、FC-SM、SM三个开关均处于合闸位置，此时SM侧的CT电流应计入差动，SFC侧的CT电流不应计入差动，差动保持平衡，SFC回路在母差保护范围。3 s后FC-SM开关断开，SFC回路从母差保护范围退出，仍是SM侧的CT电流计入差动，见图1。电机直接启动时只采用SM侧的CT电流计入差动，见图2。

图1 电机变频启动时电流流向图

图2 电机直接启动时电流流向图

由此可见，电机不同启动方式时的不同阶段只能有一处CT电流计入差动，不能两处CT电流同时计入。

4 对CT电流重复计入差动处理措施的对比分析

方案一：增设52-SM开关常开辅助触点开入措施

对母差装置程序进行修改，将52-SM断路器一个辅助触点接入母差保护装置。正常情况下，SM侧母线保护CT电流只采样不作为判据进行差流计算，只有在断路器合闸后，其辅助触点闭合，给保护装置一个信号，将SM侧母线保护CT电流数值进行计算。

但是，取断路器辅助触点的辅助触头滞后主触头，就导致在电机直接启动时，电机进线开关断路器闭合，电机作为异步机进行异步启动，启动电流经现场测量约为正常负荷电流的7～8倍，本应将此电流计入差动保护，从而电流进出平衡，差动保护正常。而实际此时保护装置需要一个“5 ms提前量”的反应时间，且断路器主触头先于辅助触头动作，主触头先于辅助触头到位和“5 ms提前量”的反应时间里，电机的启动电流没有计入保护计算程序，保护装置认为存在故障差流，且电流很大，造成10 kV母线保护误动作。为解决此问题，厂家将3个压板设定成直接启动压板，在电机需要直接启动前，先将该电机对应的直接启动压板投入，将该电机回路电流计入保护计算程序，防止保护误动。经现场运行试验，该方法有效防止了直接启动时的10 kV母线保护重复采样引起的误动，但增加了现场人员的工作量，且在紧急情况下存在一定的不安全因素，增大了人为事故的可能性。

方案二：采用52-SM常闭辅助接点串接52FC-SM常开辅助接点的措施

为进一步提高设备运行可靠性，减少运行人员的工作量，提出一种10 kV母差保护可以自动判别运行方式，实现自动切换的方案。具体措施为：

对10 kV母差保护程序进行修改，将电机回路的电流修改成在正常情况下实时进行采样计算。同时，将52FC-SM开关的辅助触点合闸信号作为屏蔽对应电机回路电流进行计算的屏蔽信号，而将52-SM开关的辅助触点合闸信号作为解除屏蔽重新计算的信号。即将52-SM开关的常闭辅助触点和52FC-SM开关的常开辅助触点串连作为屏蔽信号，这样在软启动过程中52FC-SM开关闭合时屏蔽回路接通，闭锁CT3的电机回路电流进行计算；当同期操作完成，无论52FC-SM在何种位置，只要52-SM开关闭合，其常闭辅助触点断开，屏蔽信号就解除，CT3的电机进回路电流及时计入10 kV母差保护计算程序。

表1 方案二差动电流计入情况真值表

此方案经多方研究是切实可行的，但从差动电流计入情况真值表可看出：当接点接触不良，可导致差动计算错误的问题，考虑到机组运行台数和运行母线较少，手工投入压板暂时可以满足运行要求，因此未实施。

方案三：增设合后磁保持继电器的措施

在开关52-SM操作回路增加一只合后磁保持继电器KKJ，在直接启动和SM同期合闸两种情况下启动继电器KKJ，当开关52-SM断开时继电器KKJ返回，采用KKJ动作接点判断差动电流计入情况。

表2 方案三差动电流计入情况真值表

从差动电流计入情况真值表可看出，在直接启动和SM同期合闸两种情况下可保证及时将SM侧CT电流计入差动保护。KKJ采用高可靠性的密封继电器，相对以上两种方案的开关辅助触点而言更可靠，且可避免软启动时运行人员漏退直接启动压板。

以上三种方式都可有效解决CT电流重复计入差动的问题，但相比较第三种方式更安全、可靠，已在引黄工程近期改造时采用。