6kV电机低电压保护误动原因分析及改进

李曼，肖尧

(宁夏中宁发电有限责任公司，宁夏 中宁 755100)

1 电厂概况

宁夏中宁发电有限责任公司(以下简称中宁公司)总装机容量为2×330 MW，发电机出口主母线支接1台40/25－25 MV·A的分裂高压厂用变压器(以下简称高厂变)，电压变比为20 kV/6.3－6.3 kV，高厂变低压侧两个分裂绕组分别连接A，B两段高压厂用工作母线，机炉6 kV辅机分别接在这两段母线上。从该公司220 kV母线引接1台40/25－25 MV·A有载调压分裂绕组变压器作为机组启动/备用电源，电压变比为230 kV/6.3 kV －6.3 kV，机组启停或高厂变故障时，可由启动/备用变压器(以下简称启备变)带机组负荷。一次系统接线图如图1所示。

图1 一次系统接线

中宁公司厂用及公用6 kV高压电机全部采用微机式综合保护装置，型号为PA100－M。按照该公司的整定原则，次要辅机线电压低于65 V时经0.5 s延时跳闸，重要辅机线电压低于40 V时经9 s延时跳闸。母线PT二次回路一级空气开关(以下简称空开)采用3个单联空开，综合保护装置电压采集不设二级空开，直接由屏顶电压小母线经端子排接入，母线PT二次负载配置如图2所示。

2 事故经过

2013－07－10，中宁公司#2机组停机大修，厂用工作电源IIA段由启备变公用A段供电，电源进线开关6202 A分，6209 A合。检修人员在对厂用6 kV IIA段送风机、一次风机高压开关综合保护装置及控制回路断电进行清扫检查时，凝结水泵及循环水泵高压开关突然跳闸，综合保护装置故障灯亮，查看故障报文为低电压保护动作，动作值为24.38 V，综合保护交流电压界面显示 UAB=0.97 V，UBC=23.98 V，UCA=24.38 V，随即检查母线电压互感器(PT)控制柜，发现母线PT二次电压单联小空开A相和B相跳闸，C相正常。经现场检查无故障点，经摇绝缘检测合格后，送上A相空开和B两相空开，电压恢复正常。

3 事故原因分析

因综合保护装置电压回路三相电压端子距离较近，且有部分金属裸露在外，检修人员清扫检查时不小心误碰了A，B两相，造成了母线二次电压空开跳闸，引发了低电压保护误动。那么，是什么原因引起综合保护装置低电压保护误动的呢?

首先确定综合保护装置的电压采样及低电压保护动作闭锁逻辑是否正确(如图3所示)。通过检查及试验发现，当断路器处于合闸状态时，加入三相正常电压，每相60 V，相角互差120°，综合保护装置显示 UAB，UBC，UCA分别为103.91，103.87，103.89 V，同时降低三相电压，并满足 UAB，UBC，UCA低于低电压整定值40 V时，PT断线闭锁条件不成立，低电压保护投入并经延时9 s正确动作跳闸。重新加入三相正常电压，每相60 V，相角依然互差120°，断路器处于合闸状态，手动断开 A相电压时，综合保护装置显示 UBC为 102.7 V，UAB，UCA则分别为60.0，59.8V，不满足低电压保护动作条件，装置未出口跳闸。手动断开 A，B 两相后，UAB，UBC，UCA分别为0，60.0，59.8V，亦不满足低电压保护动作条件，装置未出口跳闸。在相同条件下，将三相正常电压同时断开后，低电压保护动作出口。以上试验结果完全符合低电压保护动作闭锁逻辑，且只有一相电压正常的情况下，低电压保护也能可靠闭锁，但也由此看出，该综合保护装置低电压保护缺乏应对三相PT断线情况时的闭锁出口逻辑，应予以优化和完善。

图2 母线PT交流回路

图3 原低电压保护动作闭锁逻辑

在事故发生时，只有A，B两相电压缺失，C相电压正常，理应满足低电压闭锁条件，但为什么仍然出口了呢?调出#2发电机变压器组故障录波器厂用A段电压波形进行分析，从故障发生时刻到电压恢复之前，C相电压波形正常，A相和B相电压幅值降至40 V左右，且相角都与C相电压相角基本一致。

再次对综合保护装置进行校验，并模拟故障时刻的三相电压，即 A 相 43.85 V∠232.98°，B 相42.86 V∠233.09°，C 相 60.81 V∠255.81°，综合保护装置显示 UAB，UBC，UCA分别为 2.17，26.96，26.63 V，低电压保护动作。以上试验说明，综合保护装置线电压的计算采用的是两相矢量差，低电压保护动作属正确行为。那么，故障时刻A相与B相上的电压从何而来呢?

结合事故发生时故障录波器采集电压的波形特点对母线PT二次电压回路及其负载特性进行更加深入的分析和排查，PT二次电压负载带有发电机变压器组保护装置、综合保护装置、快切装置、母线电压变送器及低电压继电器，其中保护装置与快切装置电压回路均属星型接线。起初怀疑A，B两相上的电压是受C相电压影响而产生的悬浮电压，但PT二次绕组中性点有且仅有一点接地，且综合保护装置与快切装置电压回路均属星型接线，虽然A，B两相PT二次绕组空开跳闸，但负载回路仍然通过中性线与大地相连，不可能产生悬浮电压，那会不会是C相电压通过线间负载传递到A相与B相的呢?根据相关的电气原理知识，如果不能构成有效的闭合回路，则与该电压相连的各个电气元件都是等电位的，即A相与B相上电压应该为60 V，而不应是40 V，并且现有微机式保护装置具有良好的电磁兼容特性，屏蔽良好，所以排除了保护及快切装置的影响。针对母线电压变送器进行试验，当退出母线电压变送器并断开A，B两相空开后，综合保护装置低电压保护依旧动作，所以该元件的影响也予以排除。根据以上分析可知，要想符合A，B两相上的电压特点，就必须满足2个条件:第一，母线PT二次回路每一相负载及相间负载必须对称，而直阻测试结果表明，三相负载及相间负载是基本对称的;第二，故障发生时，A，B两相与C相应存在闭合的回路，即回路中存在分压元件，且该元件与A，B，C三相存在直接的电气联系。因此，将怀疑对象锁定为母线PT二次电压回路上安装的3个电磁式低电压继电器，分析判断A，B两相空开跳闸后，应该是C相电压通过电磁式低电压继电器线圈与A，B两相上的星型负载分别构成了闭合的回路(如图4所示)。

图4 闭合回路

通过模拟现场实际故障，在综合保护装置的电压回路上并接3个相同阻值的低电压继电器，加入三相正常电压，每相60 V，相角互差120°。此时断开A，B两相电压空开，用万用表检测线圈两端电压为21 V左右，与前面的分析吻合，综合保护装置电压界面显示 UAB=2.28 V，UBC=28.25 V，UCA=27.61 V，3个线电压同时低于定值;拔掉低电压继电器后，断开A，B两相电压，综合保护装置电压采样界面显示 UAB=0.02 V，UBC=60.03 V，UCA=59.98 V，低电压保护动作条件不满足。

通过以上试验及分析可知，此次低电压保护误动的原因为外部回路电磁式元件影响了故障时综合保护装置母线电压幅值及相角的正确采集，致使线电压均低于动作值，保护误动出口。

4 改进措施

(1)对进入综合保护装置的PT二次电压回路端子的裸露金属部分进行绝缘处理，防止工作时误碰而造成电压接地或两相短路，避免二次电压小空开误跳闸。

(2)对母线PT电压交、直流控制回路进行改造，拆除1YJ～3YJ低电压继电器并简化其直流控制回路，降低外部电磁回路对保护装置交流电压采集的影响。

(3)完善综合保护装置低电压保护动作闭锁逻辑。识别PT断线的主要判据是三相PT断线时能否正确闭锁低电压保护，而单相或两相不对称PT断线是不会影响低电压判据的，因为一般装置的低电压判据都使用线电压，不对称断线时，健全相的电压还是正常的，不会造成误动，因此，在排除了外部回路的电磁干扰下，现有综合保护装置的低电压保护动作闭锁逻辑对单相断线、两相断线这种不对称断线很有效果，而对PT二次侧发生三相完全断线就失去了作用，不能有效防止误动的发生。针对此情况，从以下2个方面进行了改进。

1)在判别三相PT断线时，根据故障时电压电流的特点，加入了“三相无压、线路有流”(高压电机设备开关二次电流)判断逻辑，电机正常运行中若发生了PT三相断线，可进行有效闭锁。据此对原有的低电压保护逻辑进行了补充和完善，并已在相关综合保护装置进行了推广应用(如图5所示)。

图5 修改后的低电压保护动作闭锁逻辑

2)将重要保护设备及自动安全装置的二次电压回路小空开由三相联动方式改为单相操作方式，对机端PT、母线PT及增压风机开关综合保护装置等重要回路及设备都进行了整改，在负载发生单相接地或短路时，只有故障相跳开，减少了三相同时失压的几率。

5 结束语

通过此次事故，应积极总结经验教训，举一反三，除了对保护逻辑要深入研究学习之外，还应重视与保护相关的外部回路，与各方人员共同努力，不断改进和完善保护逻辑及外部回路存在的设计缺陷。