中压厂用电动机保护配置探讨与优化

黄景昊+吴海杰

【摘 要】中压电动机作为核电厂厂用负荷的重要组成部分，在核电厂生产过程中发挥着关键作用，其保护配置的合理性尤其重要。本文首先介绍了中压电动机的常见故障和保护配置。然后通过分析某厂发生的保护动作事件，提出某核电厂电动机保护配置的优缺点。最后，对某核电厂中压电动机保护提出了一些优化改进建议。

【关键词】中压电动机；保护配置；优化

0 引言

近年来核电厂单台机组装机容量越来越大。大容量机组除了提高能量的转换效率，为我们提供更多的电能，同时也对各辅机设备提出了更高的要求。特别是核电厂内的大型电动机，如电动给水泵电动机，凝结水泵电动机等。如这些电动机的保护配置，保护整定值不合理，轻则影响电厂正常运行，重则导致机组跳闸，电厂与电网解裂，造成严重的经济损失和不良的社会效应。因此有必要研究和探讨核电厂大型电动机的保护配置问题。

1 某核电厂中压电动机保护基本配置

某核电厂采用SPAM-150C电动机综合保护控制装置作为6kV电动机的主保护装置。SPAM-150C配有速断保护、接地过电流保护、三相不平衡保护、长起动保护（堵转保护）、过热保护、低电压保护。另外，主泵、主给水泵、循环水泵单独配备了SPAE-010型高阻抗差动保护装置。

2 中压电动机保护动作事件

2.1 三相不平衡保护

2.1.1 事件介绍

事件一：

某厂厂用电6kV电动机在相邻机组主变送电时，曾多次发生厂用电动机意外跳闸事件。

① 2015年5月16日20：59，运行人员操作0GEW430JA给2号主变送电时，在主变合闸冲击过程中导致1号机组1RRI001PO、1DVN006ZV和0SAP403CO三台6kV厂用电动机跳闸。

② 2015年5月17日04：24分，2号主变第二次送电过程中再次导致1号机组1RRI001PO跳闸（第一次跳闸后，临时修改了三相电流不平衡t.Δset值，由原来的40s改为100s，第二次冲击时仍跳闸）。

事件二：

2016年5月19日，某电厂主控正常启动2ASG002PO（2LHB011JA）时，运行约40s后，电动机因不平衡保护动作跳闸。

2.1.2 原因分析

事件一：通过调取综保装置的动作记录，误跳的电动机电流不平衡度达到77%，时间持续100%，不平衡保护出口跳闸。由此，可判断是外电网电压波动，引起中压段电动机误跳闸。

事件二：通过调取综保装置的动作记录，电动机三相电流不平衡度动作值为33%，时间持续100%，2ASG002PO不平衡保护出口跳闸。经查明为电动机端的动力电缆B端子松动，接触电阻变大，导致保护动作跳闸。

通过上面两起事件得出两个结论：

（1）不平衡保护容易因外部电压波动及回路电阻不平衡动作。

（2） SPAM-150C综保不平衡保护内部算法采用反时限，无法通过修改定值完全避免保护误动。

2.1.3 现场应对措施

（1）修改保护定值

在事件一中，主变第一次冲击后，为避免不平衡保护再次误动，我厂首先修改了中压段运行电动机的不平衡保护定值（t.Δset从40s修改为120s）。但主变第二次冲击时，仍有一台电动机因三相不平衡保护误动跳闸，未能解决误动情况。

（2）通过投退压板，临时退出三相不平衡保护功能

由于无法通过修改定值完全避免保护误动，最后通过在相邻机组变压器冲击时退出保护，避免保护误动。

2.2 过热保护动作事件

2.2.1 事件介绍

某核电厂工程在调试阶段就出现过电动给水泵启动时因热过负荷保护误动而跳闸的情况。经现场检查接线和调取保护装置自身录波发现，开关柜内电动给水泵馈线的 CT 二次触头因安装不牢脱落，致使电动机馈线进入继电保护装置的三相电流缺相。因电动机功率较大，电动机启动时电流较大、启动时间约19s，保护装置没能躲过电动机启动就动作跳闸。但检查保护装置定值，并没有发现整定值错误。

2.2.2 原因分析

3 某核电厂中压电动机保护配置优化

3.1 三相不平衡保护介绍

某核电厂采用SPAM-150C型的三相不平衡保护单元作为该厂的三相不平衡保护。三相不平衡保护单元由一个单相保护和一个反时限电流不平衡保护组成。

三相不平衡保护动作时间特性曲线t2.op=f（t.Δset，ΔI%）。

3.2 三相不平衡保护改进

由于三相不平衡保护是通过比较电流的差值，往往不能判断是区内或区外故障所致。因此，当定值设置偏小时，容易因外电网波动而误动，定值设置偏大时，却又不能及时发现区内故障及时切除故障点。因此在条件允许的情况下，可以优化某核电厂电动机保护装置，配备带负序功率方向闭锁功能的负序电流保护。

带负序功率方向闭锁功能的负序保护特点是，当高压系统（区外故障）不称短路、线路非全相运行及厂用系统两相短路时，电动机保护安装处的一次负序电流方向指向系统（负序电流指向故障点），负序功率正方向指向电动机，保护测量的负序功率为正值，负序过电流保护不动作；当电动机定子绕组两相短路时（区内故障），负序电流指向电动机，把保护测量的负序功率为负值，负序过电流保护动作。

经方向元件闭锁的负序电流保护具有以下特点：1）灵敏度高，不受负荷分量、过渡电阻的影响；2）方向元件只反应区内故障，反方向及死区均不考虑；3）方向仅与系统侧阻抗有关，与被保护对象（电动机）无关，方向元件原理简单。

3.3 电动机过热保护介绍及优化

目前多数微机型电动机继电保护装置主要采用的是热模型过负荷保护，基于负荷电流计算得到等效电流Ieq，生成一个描述电动机热容量的热模型。

某核电厂过热保护只考虑了相电流I的热效应未考虑负序电流的热效应，Ieq=I。当电动机存在一个负序电流I2时（假设未达到不平衡保护动作值），此时热积累模型计算出的热积累值将比实际热积累值小，就会造成动作时间过长，可能使电动机损坏。

某核电厂通过更换能区分正负序电流的过热保护，可以提高过热保护的动作可靠性。

4 结论

本文通过分析三相不平衡保护和过热保护误动事件原因，提出了某核电厂中压电动机保护配置上存在的缺陷。最后，建议将某核电厂三相不平衡保护修改成带功率方向的负序电流保护；修改热保护热累计计算方法。

[责任编辑：许丽]