循环水泵电机差动保护投运数据异常分析

庄凤华

(厦门华夏国际电力发展有限公司，福建 厦门 361026)

0 引言

循环水泵是发电厂的主要辅机之一，其主要作用是给汽轮机凝汽器提供冷却水，用以冷却凝结汽轮机排汽。循环水泵作为实现动力循环的重要组成部分，对电厂的安全和发电十分重要。

根据GB 14285—2016《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，电机容量大于2 000 kW，或者2 000 kW以下但电流速断保护灵敏度系数不符合要求的电机，可装设差动保护。然而，可能造成电机试转和运行启动时出现差动保护误动的因素有很多，如电机差动保护配备的电流互感器同型系数不为1、安装过程中电流互感器二次接线错误、差动保护电流互感器到差动保护装置的电缆阻抗过大、调试中继电保护试验不完善等。

为了保证循环水泵电机的安全、稳定运行，以某电厂循环水泵电机差动保护投运时数据异常为例，对电机差动保护的基本原理和误动原因进行深入分析，提出解决办法，以便为类似事故的预防提供有益借鉴。

1 差动保护原理

差动保护是反映被保护元件(区域)各侧电流差而动作的保护装置，差动保护的电流互感器安装在被保护设备的各侧，在正常运行和外部故障时，流入差动保护的差动电流为不平衡电流，通过适当选择各侧电流互感器的变比、接线方式、外部电缆截面等，使不平衡电流值相对较小，差动保护不会动作；当发生内部故障时，流入保护的差动电流大大增加，保护动作跳开相应的开关。由于其原理简单、保护范围明确及动作快速，差动保护能够起到保护设备并防止故障扩大的作用，为大型高压电气设备广泛采用。

某公司循环水泵电机采用的是基于比率制动的纵联差动保护，即：在电动机两侧(中性点侧与开关侧)装有两组变比相同的电流互感器，按环流法连接将该相的差流回路接入电流继电器，当差动电流满足动作判据时，保护动作出口跳闸。

2 电机差流异常分析

在电流互感器接线和电动机状况正常的情况下，电机差动电流很小；如果差动电流或者不平衡电流较大，就会造成差动保护误动作，其原因分析如下。

(1) 查看电机两侧的电流互感器的容量和型号，如果不同或者相差过大，会造成两侧电流值不同，从而导致差动保护误动作。

(2) 查看绕组两侧的电流互感器接线情况，接线错误会造成电流互感器相序的不对应，从而导致差动保护误动作。

(3) 查看电流互感器极性是否对应，极性不对应会导致差动保护误动作，极性不对应包括一个极性不对应、两个极性不对应和三个极性不对应。

(4) 查看保护装置中同相两侧电流是否成一定比例，由此判断两侧电流互感器变比是否相同，变比不同会引起差动电流，从而导致差动保护误动作。

以上引起差动保护误动的具体原因，在实际情况中常常不是单一出现的，因此，在检查差动保护误动作原因时，应予以综合考虑。

3 循环水泵电机差动保护数据异常分析

3.1 电机接线及故障

某电厂循环水泵差动保护的接线情况如图1所示。采用电机容量为2 300 kW/1 750 kW的双速电机，6 kV开关为ABB公司的高压开关，相应保护配置为ABB公司的REF-542微机保护。开关侧电流互感器(400/5，5P20/25VA)三相星形接线。中性点侧为电机厂配置的电流互感器(400/5，5P20/25VA)。

图1 差动保护的接线

由于中性点只配置a，c两相电流互感器(不完全星形接法)，中性点CT进入差动保护的b相电流是由a，c两相相加后的电流(-Ib)，为正确取得b相的差流，该电流反向进入b相差动元件，即a，c相电流分别流入保护装置的a，c相差动元件的头部，而从其尾部出来的电流相加后接入装置b相差动元件的尾端，再从其头部出来后作为中性点CT的n线电流再重新回到中性点CT的不完全星形中性点上。

该电机是在运行中发生故障，返回生产厂家重新换完线圈并检修试验合格后送回公司；在公司另行安排了抽转子检查，试验正常后投运。第一次投运时，低速接线方式(1 750 kW)由于功率低于2 000 kW，差动保护退出，运行正常；停运后，改成高速接线方式(2 300 kW)。由于要检测差流情况，差动保护投入信号，继保人员在6 kV开关室进行检查，2B循环水泵开关ABB微机保护装置显示故障异常，差动保护A，C两相均有差流且均为0.87Ie。

3.2 故障分析

3.2.1 初步分析

一次系统检查时，对循环水泵电机进行绝缘检测，显示无异常；二次系统检查时，对循泵电机侧电流互感器进行拆盖检查，显示接线端子紧固正常；解线对电流互感器接线进行绝缘检查，其对地及相间绝缘均达到50 MW以上。

电机的二次回路和中性点电流互感器均为原配的电流互感器，二次电缆和二次负载都经过核算，满足相应要求。因此，初步分析故障原因在二次回路接线上。

3.2.2 深入分析

该电机装置的所有保护及保护定值设置(二次电流)见表1。

表1 电动机保护装置定值

根据中性点CT b相电流进入差动元件的接法，其电流计算公式为：

根据保护装置ABB REF-542说明书，差动保护差流和制动电流的计算公式为：

保护装置的采样电流、差流及制动电流情况见表2。

表2 采样电流、差流及制动电流值 单位：A

从表2可知，开关侧电流采样值正常，而中性点侧B相异常；差流A相正常，而B，C两相异常，差流为0.87Ie。

由于中性点采样电流B相异常，从图1 CT二次接线图可知，B相电流是A，C相合成电流，因此分析是C相电流极性接错所致。

采用相量分析法做进一步分析，如图2所示。

图 2 中性点CT C相极性接反相量图示

由图2可得：

由于Ic极性接反，

根据上述分析可知，Ib值与采样值215 A基本吻合；IB_b值与采样值0.58Ie基本吻合；IC_b值与保护装置采样值0.44Ie基本吻合。问题应该在中性点CT的C相电流极性上，打开中性点CT接线箱发现每一相有4根线。

折开C相的4根电缆重新对线，发现电机绕组尾部的2根电缆跟与另外2根电缆交叉了，这样接线使中性点的CT极性刚好相反，该接线错误源自于返修电机厂。调整接线后重新进行试验，差流和采样均显示正常(见表3)。

表3 调整接线后差流及采样值 单位：A

3.2.3 其他可能的接线错误分析

用相量分析法做同样的分析，可以得出其他接线错误下的差流和制动电流关系(见表4)，设电机的实际电流为I。

表4 各种接线错误差流与制动电流汇总

4 处理建议

基于该电厂循环水泵差动保护数据异常的分析和处理，提出以下建议。

(1) 加强相量计算及分析。异常数据分析结合相量及相关计算，能够精准定位异常，确保处理准确、快速。

(2) 敦促电机检修厂加强规范管理，确保出厂接线正确，应在接线图上标明出线的每个端子连接内部接线情况。

(3) 加强系统调试。检修调试单位应按照GB 50150—2006《电气设备交接试验标准》，认真核对确认现场接线是否正确，并通过带负荷试验验证差动保护的正确性。