厂用6 kV系统零序保护误动及二次接线的分析

2013-10-16王娟

机电信息 2013年6期

王娟

1 给水泵运行方式及保护配置情况

大唐鲁北发电有限责任公司有3台电动给水泵，正常情况下，2台给水泵运行，2台给水泵备用，机组启、停或低负荷时，可1台给水泵运行。给水泵电机额定功率为5 100 kW，配有南京东大金智电气自动化有限公司WDZ-430综合保护装置和WDZ-431差动保护装置。其中给水泵A、B只有1个电源供电，电动给水泵C有Ⅰ、Ⅱ2个电源供电，Ⅰ、Ⅱ电源合闸互相闭锁，正常运行时只能投入1个电源。

2 给水泵零序CT保护误动分析

在用6 kV A段电动给水泵CI电源和B段电动给水泵CⅡ电源分别送电给水泵C起动时，Ⅱ电源综合保护装置和差动保护装置无异常现象，而Ⅰ电源综合保护装置接地保护动作（保护定值为0.4 A，折算到一次侧为18 A），动作电流折算到一次侧竟高达120 A。

高压电缆屏蔽线接地有如下要求：三芯电力电缆终端处的金属护层必须接地良好；塑料电缆每相铜屏蔽和钢铠应锡焊接地线（油浸纸绝缘电缆铅包和铠装应焊接地线），电缆通过零序电流互感器时，电缆金属护层和接地线应对地绝缘，电缆接地点（电缆接地线与电缆金属屏蔽的焊点）在互感器以下时，接地线应直接接地；接地点在互感器以上时，接地线应穿过互感器接地，接地线必须接在开关柜内专用接地铜排上，接地线须采用铜绞线或镀锡铜编织线，接地线的截面必须符合规程要求。

根据对屏蔽线接地的要求，由图1可以看到：在用6 kV B段电动给水泵CⅡ电源送电给水泵时，此电缆回路中有3个屏蔽线的接地点，电缆1屏蔽线3在零序CT1以下直接接地，电缆2屏蔽线5在零序CT1以下直接接地，以上屏蔽线接地都是正确的。再来看屏蔽线4，它作为电缆1另一头的屏蔽线，对于零序CT2来说应穿过零序CT2后接地，但仍然存在零序电流，后将屏蔽线4去掉后零序电流消失，给水泵正常运行时保护不再误动。分析认为屏蔽线4在给水泵CⅠ、Ⅱ电源的结合处，距离零序CT2较近，极有可能产生干扰影响零序CT2的正常输出。

3 零序CT二次回路接线问题的分析

大唐鲁北发电有限责任公司在#1、#2机组大修期间，设备部继电保护班的工作人员发现#1机同#2机6 kV厂用电动机相比较，高压侧零序电流保护的二次回路接线有些许不同。#1机的电动机零序CT二次接线全部采用串联接法，而#2机部分电动机采用并联接法。我们知道，在单根电缆上的2个及以上的电流互感器的二次回路串、并联，有增加电流互感器二次带负载能力和改变互感器变比的作用。但当电动机由2根及以上电缆供电，每根电缆上都套1个零序CT，不同零序CT的二次有的并联有的串联送入综保装置。这种接线方式同单根电缆上套2个及以上CT有明显的不同，它不仅与一次电缆的安装方式有关，而且还牵扯到复杂的整定计算过程。通过多方考证终于形成了新的解决方案。

图1 给水泵CⅠ、Ⅱ电源主接线图

3.1 电动机零序保护定值

为了把问题解释清楚有必要先从整定计算的角度把零序过流保护定值的由来介绍一下，现以#1机厂用系统为例进行说明。

零序过电流保护是根据最小运行方式下#1厂用高变6 kV母线任一点发生单相接地时的最小短路电流为参考进行计算，需要指明的是#1厂高变低压侧为中阻接地系统。

#1厂高变低压侧中性点经40Ω电阻接地，其电阻标幺值为：

据变压器厂家提供资料：H.V.开路、L.V.1加电、L.V.2开路、Z0=0.034Ω，其零序阻抗标幺值为：

6 kV母线发生单相接地故障时，复合序网中的零序阻抗标幺值为：

6 kV母线发生单相接地故障时，复合序网中的正（负）序阻抗标幺值为：

（由电厂高变参数得，计算过程省略。）

6 kV母线发生单相接地故障时，有名值计算如下：

为了满足可靠性要求，取可靠系数为1.15；为了满足灵敏度需要，取灵敏度系数为2。定值计算如下：

3.2 零序互感器串并联输出容量的分析

有了定值还必须与CT二次接线配合考虑，以单台电动机由2根电缆供电且每根电缆上套型号、变比均相同的电流互感器为例。假设其中1根电缆任一点发生单相接地，则2个零序CT中都将感应出零序电流。由于不经过电机绕组，可将电缆电抗忽略计算，则2个零序CT中产生的零序电流接近相等。如果采用二次串联的接法CT变比将扩大1倍，相应的保护定值必须缩小1倍。而采用二次并联的接法CT变比维持不变，但是会不会产生分流现象降低保护可靠性呢？到底哪种接法既正确又能够与定值配合呢？

经查《火力发电厂厂用电设计技术规定》9.2.4条有详细论述，“同一回路中有2根以上电缆并联时，一般在每根电缆上各装1只零序电流互感器，其二次绕组的连接方式有串联和并联2种。以得到最大的零序输出容量为条件：当负载阻抗等于零序电流互感器的内阻抗（零序电流互感器二次线的漏电抗和电阻）时，串联和并联是一样的；若负载阻抗大于内阻抗，则以串联为大；反之，以并联为大”。

零序电流互感器串联接线计算过程，如图2所示。

图2 零序CT串联用计算图

由图2可见零序CT串联时：

式中，E为零序电流互感器的电势；Z1为零序电流互感器的内阻抗；Zj为零序电流互感器的负载阻抗。

继电器J上得到的输入容量为：

现将零序电流互感器并联接线计算过程介绍如下，如图3所示。

图3 零序CT并联用计算图

由图3可见零序CT并联时：

如果零序电流互感器的内阻抗与负载阻抗相等，不难看出串、并联二次接法继电器上得到的输入容量是相等的。也就是说，零序电流互感器的内阻抗与负载阻抗若相等，其二次回路既可以采用串联也可以并联接法，不影响保护装置的正确动作。

如果负载阻抗远大于零序电流互感器的内阻抗，则通过对以上公式进行简单的推导可得出以下结论：

串联时：

并联时：

可以看出在负载阻抗远大于零序电流互感器内阻抗，串联接法时继电器得到的输入容量是并联接法的4倍。

如果负载阻抗远小于零序电流互感器的内阻抗，同样可以通过对以上公式进行简单的推导可得出如下结论：

串联时：

并联时：

这样一来并联使得继电器的输入容量比串联时扩大了4倍。

通过上述理论计算可以看出，对于单台电动机的零序接地保护而言，如果由2根电缆供电其零序CT二次回路的接线并非串并联均可，而是应通过对零序CT的直阻和保护装置的直阻进行精确测量，发现装置的直流电阻远小于零序CT的直流电阻，由于无法对它们的电抗进行准确测量，我们继而对部分零序CT二次接线由串联改为并联进行通电试验，检验其是否有分流现象发生。试验结果表明装置采样结果非常理想，没有任何分流现象发生。为了确保万无一失，我们又对并联的每只零序CT的二次回路进行极性试验，保证了极性的准确。