厂用高压电动机接地故障越级动作原因分析

2010-04-10田军

山西电力 2010年6期

田军

(武乡和信发电有限公司,山西长治 046300)

1 故障的过程

某电厂的一台10 kV厂用电动机在启动过程中发生单相接地短路故障,电动机保护装置 “零序保护”未动作,电动机开关未跳闸,故障未能切除,造成机组发变组保护装置 “高压厂用变分支零序过流”保护动作,越级跳10 kV段工作进线开关;“厂用变分支零序过流”保护动作判断为10 kV段母线故障,高厂变保护出口闭锁快切,致使10 kV段失电,10 kV段所带厂用电动机 “低电压保护动作”全部跳闸,MFT动作,机组全停。保护越级动作会造成非常严重的后果,是反措重点防范的事故,事后该厂技术人员对事故原因进行了着重分析,并对厂用电动机 “零序保护”逻辑进行修改。

2 厂用电系统接线

机组设高压厂用变压器 (20 kV/10 kV 68/40-40 MVA无励磁调压分裂变压器)作厂用电源,设两个10 kV高压厂用工作段 (10 kV A段、10 kV B段),双套辅机电动机分别接于两个工作段,每台电动机配置单独电动机保护装置。10 kV系统中性点经中阻接地。发变组保护装置 “厂用变分支零序过流”保护电流模拟量取自高压厂用变压器低压侧分支中性点零序CT(变比100/1 A);电动机保护装置 “零序过流”保护电流模拟量取自电源侧中性点零序CT(变比100/1 A)。

3 故障动作分析

3.1 故障录波分析

根据故障录波 (故录)图,84 ms 10 kV B段A相电压由60 V突降至25 V,B、C相电压由60 V上升至78 V,零序电压由0 V上升至62 V,A相电流由0.324 7 A上升至0.345 0 A,B、C相电流基本保持不变,零序电流由0 A上升至1.181 A(零序CT变比为100/1)。通过波形数据分析为10 kV B段发生A相接地故障,故录启动时,10 kV B段三相电流及零序电流分别为:Ia=0.345 0A角度0.16°(CT变比4 000/1),Ib=0.320 2 A角度为120.21°(CT变比4 000/1),Ic=0.324 1 A角度117.73°(CT变比4 000/1),I0=1.181 0 A(CT变比100/1),一次电流118.1 A。

按故录三相电流计算零序电流为:I0=Ia+Ib+Ic=0.034 9 A(CT变比4 000/1,零序CT变比100/1),折算至一次电流为139.6 A,与故录采集的零序互感器二次侧电流基本一致。

662 ms发变组保护A柜 “高厂变B分支零序过流t1”保护动作,动作电流1.216 9 A(定值0.8 A,0.7 s)。643 ms发变组保护B柜 “高厂变B分支零序过流t1”保护动作,动作电流1.196 7 A,跳开机组10 kV B段工作进线开关,“分支零序过流t1”保护出口闭锁快切装置,10 kV段快切装置未切换。

3.2 故障原因分析

在故障发生时,只有10 kV B段一台电动机启动,除此外无其他操作,对10 kV B段所有开关设备外观检查未发现异常。检查10 kV B段保护装置,所有电动机跳闸,均为 “低电压保护”动作。对该电机停电后遥测绝缘,三相对地绝缘为0,对电机解体检查发现为A相线圈槽口接地。接地时,接地一次电流为118 A,已经超过该试运电机保护装置零序保护定值 (零序保护定值0.6 A,0.4 s)及发变组 “高厂变B分支零序过流t1”保护动作定值 (定值0.8 A,0.7 s定时限),但电机保护装置零序保护未启动,造成保护越级跳闸。

图1 故障时主要参数波形

10 kV电动机保护装置为WDZ-430型微机保护,保护装置接地保护逻辑中,为防止在电动机较大的启动电流下,由于零序不平衡电流引起本保护误动作,保护采用了最大相电流做制动量 (参见图2)。动作方程为

式中:I0——电动机的零序电流倍数;

I0dz——零序电流动作值,A;

Ie——电动机额定电流,A;

t0dz——整定的接地保护动作时间,s;

t0——接地保护动作时间,s。

图2 接地保护特性曲线

查阅该试运电机保护装置,电机在启动时的最大相电流为2.78 A(二次),电机额定电流0.24 A(二次),按照动作特性曲线计算,当 I0＞2.18 A(二次)时才会动作,折算到一次侧I0＞218 A时才会动作,而故障时的接地电流为120 A左右,因此电机零序保护不动作,发变组保护 “高厂变B分支零序过流t1”保护动作越级跳闸。

3.3 电动机保护装置“零序保护”逻辑分析

10 kV保护装置WDZ-430零序保护原理不合理,在电动机正常启动过程中可防止启动不平衡电流造成的保护误动,但当电动机启动过程中发生单相接地短路,最大相制动电流将为启动电流与接地电流之和,零序保护定值按比率制动增大,本次电机接地故障为非金属性接地,接地电流约为120 A,零序保护装置动作定值抬高至218 A,远大于接地电流,保护未动作。