引风机差动保护误动作事件分析

骈建清，王夏洋

(晋能控股山西电力股份有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

某电厂1 号机组引风机型号为YXKS710-6W，额定功率3 700 kW，额定电压6 kV，额定电流427 A；引风机电机中性点和开关本体处电流互感器变比为500/5，容量为30 VA，准确等级为5P20；中性点和开关本体处电流互感器二次导线线径均为2.5 mm2，中性点互感器二次电缆导线为单股铜线；差动保护和保护测控装置均安装在开关本体处，额定电流均为5 A，电机中性点电流互感器距离保护装置约500 m。

2019 年7 月，引风机所在母线某间隔发生相间短路故障，故障电流约21 kA，在故障切除后引风机电机自启动过程中，引风机差动保护因电机中性点电流互感器额定输出不足，二次电流波形畸变造成差动保护误动作。下面具体分析造成此次差动保护误动作的原因。

1 原因分析

1.1 故障波形分析

从引风机差动保护跳闸录波图可以看出，引风机机端和中性点二次电流波形在电机自启动期间均有不同程度畸变，中性点侧畸变尤为明显。查阅引风机电流互感器伏安特性试验报告(见表1)，发现中性点电流互感器伏安特性拐点电压低于开关本体处电流互感器。鉴于中性点两相电流波形均发生了畸变，进一步查阅了引风机以往启动电流波形，发现每次启动中性点电流波形均存在畸变现象，且相别不同。

表1 机端和中性点电流互感器伏安特性

在稳态对称短路电流(无非周期分量)下，影响互感器饱和的主要因素是短路电流幅值和二次回路(包括互感器二次绕组)阻抗、电流互感器的工频励磁阻抗、电流互感器的匝数比和剩磁等。考虑到本次事件发生在电动机启动和自启动期间，启动电流最大值为5 kA，远未超过互感器的准确限值一次电流值。因此，判断中性点电流波形畸变是由于二次回路负荷超标所致。为进一步查清问题的原因，从设计规范和现场试验两个方面对波形畸变的现象进行了分析。

1.2 中性点电流互感器二次回路负载分析

根据《DL/T 866—2015 电流互感器和电压互感器选择及计算规程》[1]第10.2 条款“P 级及PR级电流互感器稳态性能计算”，电流互感器二次回路导线负荷阻抗(忽略电抗)R=L/(γ·A)，式中L为电缆长度，m；γ为电导系数，m/(Ω·mm2)，铜取57；A为导线截面积，mm2。引风机电机至开关柜距离约500 m，二次电缆截面为2.5 mm2，由此可以算出导线的实际二次负荷为3.5 Ω。互感器允许的额定二次负荷Z=S/I2，由此可以算出其允许额定负荷约为1.2 Ω，实际二次负荷值远大于互感器额定负荷值。

为进一步验证计算结果，机组检修时对引风机中性点电流互感器及其二次回路进行了试验。通过实测得出，准确限值系数下中性点电流互感器二次允许负载阻抗为1.33 Ω，中性点电流互感器至保护装置的二次回路实际负载阻抗为3.18 Ω，在未计及互感器自有负荷的情况下，回路的实测负载已远大于允许负载阻抗，这也印证了计算结果。

由此可以看出，设备设计选型不合理，致使中性点电流互感器二次回路负载远大于允许负载，是中性点二次电流波形畸变、差动保护误动作的主要原因。

2 解决思路

解决电流互感器带载能力不足的方法主要有增大二次电缆截面积；串接备用电流互感器，使允许负载增大1 倍；改用伏安特性较高的二次绕组；提高电流互感器变比。下面对以上几种解决方案的可行性进行分析。

2.1 增大二次电缆截面积

根据电流互感器二次负荷计算公式R=L/(γ·A)，要使二次负载由3.18 Ω 降至1.3 Ω 以下，导线的截面积至少应为6 mm2。考虑到电缆及其敷设成本、安装接线可靠性等因素，该方案不作为首选方案。

2.2 串接备用二次绕组

一方面，中性点电流互感器原设计有两个二次绕组，且参数完全一致，两个二次绕组串接后互感器的允许负载可以提高至2.66 Ω，仍然无法满足实际负载要求。另一方面，考虑到两个二次绕组串联后，与开关本体侧电流互感器的伏安特性将存在差异性，不同程度会对差动保护产生影响。因此，鉴于这个原因，二次绕组串接同时提高电缆截面积的方案也不作为首选方案。

2.3 更换电流互感器

同时更换机端和中性点的电流互感器，选用伏安特性参数高、变比大的电流互感器可以解决互感器额定输出不足的问题，也可以避免两侧互感器励磁特性不一致对差动保护的影响。同时，由于二次电缆不需用更换，节省了电缆和电缆敷设的经济成本和安全成本，是解决该问题的首选方案。

3 方案实施及效果

3.1 设备选型

按照DL/T 866—2015《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》，综合考虑保护装置对动作可靠性、电流互感器带载能力等方面的要求，差动保护选用如下参数的电流互感器：型号LZZBJ9-10K2，变比600/1，额定输出为15 VA，准确等级为5P20，短时热电流为63 kA，1 s，动稳定电流为130 kA。

对新选型的互感器进行了交接试验，试验结果如下：二次绕组电阻4.74 Ω，伏安特性拐点电压327.3 V，在20 倍额定电流下，允许阻抗为17.17 Ω 时的复合误差为5.02 %。由此可以看出，新互感器拐点电压是原互感器的近3 倍、允许负荷远大于二次回路负荷。同时，互感器的动、热稳定电流也远大于6 kV 系统最大运行方式下的故障电流值。因此，新互感器安装后可以解决差动保护误动作的问题。

互感器选型改造的同时更换了差动保护装置，保护装置额定电流由5 A 变为1 A。由于互感器测量绕组和综合保护绕组仍沿用了原有的参数，因此保护测控装置不做变更。

3.2 运行效果

互感器更换后，录取了引风机电机空载和负载启动状态时的波形图，再未出现波形畸变的现象，消除了该问题。

4 意见和建议

按照DL/T 866—2015《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》第8.2 条款“参数选择”要求，新建电气设备的电流互感器，二次额定电流宜使用1 A，以便提高互感器变比，提高互感器的带载能力；鉴于机组容量不断增大，系统短路电流增大，当互感器准确限值系数无法满足系统短路电流时，宜按照保护装置最大动作电流整定值的2 倍选取准确限值系数，保证保护装置的选择性。同时，为防止二次回路负荷超标对互感器产生影响，应采用计算或实测二次回路负荷的方式，选取互感器的额定容量。

5 结束语

发电厂电气设备在投产后，由于工艺流程的变化，电气设备会历经多次技术改造。在技术改造过程中，应始终坚持审慎的原则，严格对照各类标准规范，对设备的设计选型、施工验收进行把关，确保各类技术改造的合规性，防范因技改派生的问题或隐患。