给水泵电机启动时差动保护误动原因分析及处理

王济娟，郭 鹏

（1.大唐米拉务发电有限公司，印度尼西亚 亚奇 23681；2.梅河口世基电力科技有限公司，吉林 通化 135022）

0 引言

给水泵是汽轮发电机组重要的辅机，如果该设备不能正常工作，将直接影响汽轮发电机组的带负荷能力，使发电机组不能在额定工况下运行。差动保护误动是影响给水泵正常运行的重大缺陷，必须采取有效的技术措施予以消除。文献［1］分析了不同采样速率时电流差动保护动作边界变化区的范围，及采样值电流差动保护动作出口的适宜速度。文献［2］分析了采样初相角、判据的数据窗长度的选取、整定门槛与重复判断次数的相互关系，及对采样值差动保护的影响。文献［3］分析了大型电动机启动时中性点电流互感器（current transformer，CT）饱和引起CT二次电流发生畸变造成差动保护动作及解决的几种办法。文献［4］分析了母线失电快切装置动作时电动机启动过程中差动保护误动原因及解决的措施和对策。文献［5］分析了引风机开启时差动保护频繁动作跳闸的原因及解决方法。

本文针对某厂6 k V给水泵电机启动时差动保护动作情况进行原因分析，并采取有效的优化措施。

1 给水泵电机启动时差动保护动作工况及分析

某电厂2×350 MW 燃煤汽轮发电机组，每台机组各配置1台汽动给水泵，2台机组共用1台电动给水泵。给水泵电机有2路电源供电，分别取自1、2号机组的6 k V B段母线。给水泵电机额定功率6 500 k W，额定电流710 A，额定电压6 000 V。给水泵电机电源侧及中性点侧CT的准确等级为5P20，变比为1 000／1，额定容量为20 VA。给水泵电机2个电源的保护装置曾经有2次在电机启动过程中差动电流达到定值，差动保护误动跳闸。给水泵电机差动保护采用基波有效值实现保护功能。判断可能是CT出现饱和，产生差流，差动保护跳闸。

1.1 给水泵电机启动时差动保护动作报文及波形

2020年4月8日14时18分，1号机6 k V厂用1B段给水泵电机电源差动保护动作波形见图1，电源侧C相电流波形严重畸变，CT出现饱和，产生差动电流，差动保护跳闸。

2020年5月8日5时30分，2号机6 k V厂用2B段给水泵电机电源差动保护动作波形见图2，电源侧B相电流波形严重畸变，CT出现饱和，产生差动电流，差动保护跳闸。

图2 2号机电源差动保护动作波形

通过对图1、图2中的波形进行分析发现：目前给水泵电动机差动保护的定值已经不能满足给水泵的正常运行，须对差动保护的定值进行调整。

1.2 差动保护动作情况分析

利用保护装置软件根据现场的录波还原现场故障波形，1号机6 k V厂用1B段给水泵电机电源原始波形与基波有效值波形见图3。

图3 6 k V电源侧三相电流原始波形与基波有效值波形

从图3（a）中可以看出，6 k V电源侧A、B、C相电流中含有较大的直流分量，并且是逐渐衰减的；从图3（b）中可以看出，6 k V电源侧C相电流有效值明显小于其他两相电流有效值，C相CT的传变特性与其他两相明显不同，电机两侧C相电流的差动电流大于保护动作值，引起差动保护误动作。

1号机组6 k V厂用1B段给水泵电机电源三相电流保护装置启动时的谐波数据见表1，保护装置启动40 ms时的谐波数据见表2，保护装置启动80 ms时的谐波数据见表3，保护装置跳闸时的谐波数据见表4。

表1 保护装置启动时的谐波数据 单位：%

表2 保护装置启动40 ms时的谐波数据 单位：%

表3 保护装置启动80 ms时的谐波数据 单位：%

表4 保护跳闸时的谐波数据 单位：%

给水泵电机在启动过程中三相电流有较大的直流分量和2～5次谐波分量，而且是随着电机启动时间的增长，直流分量和2～5次谐波分量是逐渐减小的，但是由于电机两侧三相电流同相CT衰减时间常数不一致，导致三相电流基波有效值存在差流。

2 电流互感器试验报告

现场人员用CT测试仪分别对1号机组和2号机组的给水泵电机电源中性点和电源侧CT进行了直流电阻、变比、极性、伏安特性、10%误差曲线、二次负担试验，从CT测试的试验报告中得知，各侧所有电流互感器的变比、极性、伏安特性、10%误差曲线、二次负担试验结果均满足要求。

3 优化措施

采取增大二次电缆截面、降低二次负担防止CT饱和的措施，增加给水泵电机6 k V电源侧至中性点侧的二次电流电缆，增加电缆后，二次负担明显降低，具体数据见表5。

表5 给水泵电机中性点侧电流互感器二次负担测试阻抗单位：Ω

提高给水泵电机差动保护定值，增大制动区。按照DL／T 1502—2016《厂用电继电保护整定计算导则》中电机双斜率差动保护整定要求，最小启动电流按照0.5Ie（Ie为额定电流）整定，制动系数定值取最大值0.5。变更后的给水泵电机差动保护定值见表6。

表6 给水泵电机差动保护定值

对给水泵电机2台保护装置的软件程序进行升级，优化差动保护逻辑，在电机启动时增加了100 ms的启动差动延时，躲过电机启动开始瞬间的暂态峰值电流，避免因电机启动过程CT的暂态饱和造成差动保护误动作。

将给水泵电机2台保护装置的交流采样板更换为变压器保护使用的抗饱和交流采样板，提高了采样板内小电流互感器的抗暂态饱和性能。

4 优化前后波形对比分析

调取CSC-237C装置优化后2022年6月8日23时41分给水泵电机启动时保护启动录波和优化前2021年11月27日10时51分给水泵电机启动时差动保护动作的录波进行对比。发现装置交流插件使用暂态特性更好的变换器后，电机两侧三相电流波形没有明显的畸变，仅是衰减的直流分量引起了波形的偏移。

调取CSC-237C装置优化后2022年6月8日23时41分给水泵电机启动时保护启动录波进行分析：电机启动时保护电流从无到有，突变量启动录波；40 ms附近启动电流达到了2.895 A，过流保护定值0.92 A，过流保护也会启动录波。

合成差动电流和制动电流，只有A相存在差动电流。整个录波图中，81 ms处差动电流最大值为1.28 A，制动电流为2.48 A，不满足该动作条件，因此差动保护不会动作。即便满足动作区，由于逻辑有改进，差动保护也不会误动作。

5 结束语

本文通过对6 k V给水泵电机启动时差动保护误动的原因分析和针对保护误动采取的措施，阐述了大容量电机启动过程中，三相电流含有大量的直流分量造成CT的暂态性饱和，CT传变性不同造成差动保护误动作，通过增大二次电缆截面、降低二次负担，提高保护定值、优化差动保护程序和使用抗饱和特性高的交流采样板的办法进行解决，保证了给水泵电机的正常启动和运行的稳定性。