发电厂电动给水泵异常跳闸分析

【摘 要】针对一起6kV保护跳闸故障，通过对故障电流的变化进行分析，找出事故发生原因，提出了相应的解决方法和措施。分析结果表明，故障是有电流二次回路两点接地造成的。

【关键词】差动保护；制动电流；启动电流；两点接地

2013年5月16日13时47分，某厂#2机A电动给水泵跳闸，B电动给水泵联锁启动正常。检查#2机A电动给水泵差动保护装置动作，故障报文显示：C相比率差动保护动作，A相差动电流（Icda）0.09A、B相差动电流（Icdb）0.01A、C相差动电流（Icdc）1.34A，A相制动电流（Izda）2.85A、B相制动电流（Izdb）2.86A、C相制动电流（Izdc）2.16A，动作时间0.1s。从报文中看出，C相差动电流值达到1.34A，超过差动保护定值1.04A，保护动作出口，开关跳闸。

1.检查处理情况

（1）对#2机A电动给水泵电动机进行绝缘电阻、直流电阻、直流泄露、交流耐压试验，试验结果合格。

（2）对电动机高压电缆进行绝缘电阻、直流泄露试验，试验结果合格；对开关侧及电动机中性点侧电流互感器进行绝缘电阻、变流比、伏安特性、交流耐压试验，试验结果合格；对开关侧过电压保护器进行绝缘电阻测试、过电压动作值测试，试验结果合格。

（3）对电动机差动保护装置进行校验，试验结果合格。

（4）对差动保护电流二次回路进行绝缘电阻测试、通流试验，试验合格。检查电流回路接线紧固、无松动现象，检查电动机中性点CT出线处电流电缆穿出管线处有人为踩踏迹象（见图1），剥开电缆外蛇形管，发现电缆线有损伤，损伤严重线芯为电动机中性点电流互感器二次电流C相中性点N端电缆线芯（见图2），后对损伤电缆进行了绝缘处理。

以上工作结束后，于2013年5月16日22时15分启动#2机组A电动给水泵正常，三相电流平稳，无差流越限，各项参数合格，目前运行工况良好。

2.调查经过

（1）调取监控录像，对#2汽机0m电动给水泵过道处及#2电动给水泵监控进行录像回放，在5月16日13时30分至14时区间段内发现有施工人员在电泵处工作。

（2）对地面刷漆施工人员调查，当天中午，确实有施工人员加班干活。但施工是否有人踩踏过A电动给水泵中性点电缆，没有人承认。由于监控摄像拍摄不到该位置，现无法查找到当事人。

图1 检查电动机中性点CT出线处 图2 损伤电缆

3.原因分析

某电厂电动给水泵差动保护二次回路接线图见图3。

图3 电动给水泵差动保护二次回路接线图

3.1 理论分析

差动保护误动主要有以下几种原因：①二次侧负载在流过短路电流下不能满足CT10%误差曲线的要求。从试验结果看到，互感器二次绕组伏安特性满足10%误差曲线的要求。②CT不同型号引起的误差。开关侧电流互感器型号为：LZZBJ9—10，差动二次绕组：级别，5P10，负荷容量40VA。中心点侧电流互感器型号为：LZZBJ9—10，差动二次绕组：级别，10P15，负荷容量40VA。型号相同，二次负荷容量相同。③CT本身存在误差。指互感器铁芯饱和程度对不平衡电流的影响。实测正常运行时互感器的不平衡电流约0.02～0.06A。在合格范围内。④CT二次回路接线错误。设备已运行6年，均正常，未进行过线路改造。⑤差动保护二次电流回路有两点或多点接地方式。

按照《GB/T 14285—2006继电保护和安全自动装置技术规程》规定，“电流互感器的二次回路必须有且只能有一点接地”的要求，电流互感器二次回路有一点接地，是为了保证人身和设备的安全，同时又是继电保护正确动作的基础条件。电厂内同一接地网络之间并非绝对等电位面，在不同点之间会出现电位差。当有较大的接地电流注入地网时，各点间可能会有较大的电位差差值，此时不同接地点之间的电位差将在电流线圈中产生极大的额外电流，产生的电流将流入保护装置，影响差动保护装置动作的准确性甚至使之误动。

由图2可知，中性点电流互感器二次回路C相中性点N端电缆线芯有损伤。但电缆绝缘测试、通流试验均合格，却依然不能排除损伤后电缆线芯接地的可能性。图3中可看出，接地应为受损伤的C相中性点N441处接地，此时差动保护二次回路为两点接地运行状态。

3.2 计算分析

（1）电动给水泵电动机差动保护动作定值及原理，见图4。

图4 电动给水泵电动机差动保护动作定值

电动机差动保护为电动机内部短路的保护，当电动机内部发生某些短路性故障的时候，在电动机两侧的电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差动电流，达到差动定值条件时，跳开电动机断路器，起到减小电动机损坏的保护作用。

图4中， Id为差动动作电流，Id=|Ih+Il|，Ih，Il分别为同相的开关侧、中心点侧电流。Ir为制动电流，Ir=1/2|Ih-Il|；Icd为差动电流动作门槛定值（1.04A）；Icdsd为差动电流速断动作门槛定值（20.8A）；Ib为比率制动特性拐点电流定值（3.47A）；KID为比率制动系数（0.5）。

当制动电流Izd小于比率制动特性拐点电流定值Ib时，因此在此范围内，只要差动电流Icd大于差动电流动作门槛定值时，差动保护动作；当制动电流Izd大于比率制动特性拐点电流定值Ib时，此时保护开始进行比率制动运算，曲线抬高，此时只有当差动电流在比率制动曲线以上时保护才动作。图4中红点为此次事件的动作点，为第一种差动保护动作现象。

（2）按照电动机差动保护的原理，此时若为内部（电动机或电缆）短路故障，开关侧电流Ih和中心点侧电流Il将为流入大小相同、相位不同的故障点的短路电流，根据制动电流=1/2|Ih-Il|公式计算，此时的制动电流应为大于比率制动特性拐点电流定值（3.47A）的电流值，而本次事件的制动电流动作值为2.16A，不符合电动机差动保护内部电流故障的动作逻辑。

根据本次动作事件报文：C相差动电流（Icdc）1.34A，A相制动电流（Izda）2.85A，B相制动电流（Izdb）2.86A，C相制动电流（Izdc）2.16A。

套入公式Icd=|Ih+Il|，Izd=1/2|Ih-Il|，按照无内部短路故障时相位相同进行计算，得出开关侧电流Ih=2.83A，中性点侧电流Il=1.49A，可看出开关侧电流Ih为当时电动机运行电流，换算至电动机一次侧电流应为342A（CT变比600/5×Ih），此时理论上中性点侧电流Il也应为2.83A，却形成了1.34A的差动动作电流值。

此现象只有电流二次回路分流造成开关侧、中心点侧电流大小不同，但相位又相同的不平衡电流，此不平衡电流达到差动电流动作值时，保护动作。（由于本保护装置无故障录波功能，故对电流相位只能为理论计算分析，同时本保护装置无二次谐波制动功能，故对此处不进行论证）。

4.防范措施

（1）检修人员应在技术监督及保护定检工作中要加强二次回路绝缘电阻测试等检查工作。

（2）人为因素造成二次回路事故很难调查，因为责任人总是想隐瞒真相，应在生产现场主机、主要辅机设备加装摄像头，实现生产设备监控系统全覆盖，避免人为因素造成设备误动。

（3）对厂内电气设备接地进行严格排查，尤其对设备电缆埋管、设备外壳、电缆桥架等定期进行接地电阻导通测试。

（4）加强生产现场检修、运行人员的设备成品保护意识，尤其加强对生产现场外协施工人员及保洁维护人员的技术交底及监督，避免人为因素造成设备误动。

5.结语

根据调查经过及理论、计算分析，可判断某厂#2机A电动给水泵电机中性点C相电缆被踩踏后，造成差动保护二次回路为两点接地运行状态，此时开关侧接地点为等电位完全接地方式，中性点侧C相接地为靠近电缆埋管的不完全接地方式，在两个接地点之间存在很大的地电位差，此电位差将在继电保护装置电流线圈中产生极大的额外电流，该电流造成了差动保护误动。

参考文献：

[1]江苏电力公司.继电保护原理与实际技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

作者简介：

高建忠（1975-），男，工程师，主要从事发电运行及电气自动化技术工作。