磨煤机接地故障导致发电机跳闸原因分析及防范措施

2015-04-01郑建农

吉林电力 2015年3期

韩军，郑建农，刘德

（1.华能九台电厂，长春 130501；2.华能国际电力股份有限公司，北京 100031）

磨煤机电动机是锅炉重要的辅机设备，若其发生故障将影响整个火电厂的安全稳定运行。某火电厂2×660 MW 机组，2013年5月11日在启动1号炉1号磨煤机时，电动机弧光接地，6kV 综合保护装置拒动，1号高压厂用变压器（以下简称高厂变）厂用A 分支零序Ⅱ段保护动作，造成1 号机组跳闸。下面对磨煤机接地故障做一分析并提出保护定值的改进措施。

1 故障原因分析

电动机解体检查发现，定子线圈非驱动端12点钟位置断线引起弧光接地。

为避免电动机在启动过程中零序保护误动，6 kV 综合保护装置采用了最大相电流Imax作为零序制动量。电动机的启动电流Imax＞1.05Ie时，只有零序电流I0＞〔1＋（Imax/Ie－1.05）/4〕I0dz时零序保护才能动作［1］，其中Imax是磨煤机电动机最大启动电流，Ie是电动机额定电流，I0dz是电动机零序保护定值，整定为8倍额定零序电流，综合保护装置装置额定零序电流I0e是0.2A，故零序保护定值I0dz＝8I0e＝1.6A。此时厂用变压器分支电流的突变量，故障时刻电流最大值Igmax是1 800A，故障前运行的稳态电流I1是780A，推算此时电动机最大启动相电流Imax＝Igmax－I1＝1 020A，故零序保护电流制动量I0为：

I0＝〔1＋（Imax/Ie－1.05）/4〕×I0dz×KTA＝219 A（其中电流互感器TA 变比KTA是60）。

调取机组故障录波器记录的数据，1 号高厂变A 分支零序电流I0A＝1.36A，而A 分支零序Ⅱ段保护定值是1.05A，A 分支零序电流大于零序Ⅱ段保护定值，保护动作。A 分支中性点零序TA 的变比KA是600/5，折算到一次系统的接地故障电流Igz1＝KAI0A＝163A。

接地故障电流163A 未能超过制动量219A，所以电动机综合保护装置的零序保护拒动。

2 保护定值存在的问题

磨煤机电动机启动时有接地故障，单相接地电流小于零序保护的制动量，6kV 综合保护装置的零序保护拒动，但接地电流大于厂用分支零序Ⅱ段保护定值，故厂用分支零序Ⅱ段保护动作于停机和切换厂用电。磨煤机电动机零序保护在电动机启动时为躲避三相不平电流衡而采用零序制动量，此法不妥，应通过适当降低可靠系数（即增大动作电流）或采用小延时（0.4s或0.6s）的方法躲避刚启动瞬间的不平衡量；另外，选择三相特性一致的TA，尽可能降低电动机启时的三相不平衡电流。

接线一次系统见图1。从图1可知：1号高厂变6kV 系统发生金属性单相接地短路，取UB＝6.3 kV，R＝8.66Ω，过渡电阻为零时，通过故障点（包括中性点接地电阻R）的阻性电流为：

参照文献［1］厂用电中性点接地方式的部分，计算6kV 系统总的电容电流见表1。

合计每台机组电缆的电容电流分别是14.54A和15.37A，乘以1.25即为全系统总的电容电流近似值18.18A和19.22A，高厂变共有2个6kV分支，所以单个分支最大的电容电流Icmax＝9.6A，接地电流为阻性电流和容性电流的矢量和，即420.1A，按此单相接地短路电流计算零序电流保护定值，磨煤机电动机的可靠系数取4.2，动作时间取0.3 s，出口方式跳磨煤机电动机断路器；高压厂用分支零序电流Ⅰ段的可靠系数取2，出口方式跳分支和切换厂用电，高压厂用分支零序电流Ⅱ段保护与分支零序电流Ⅰ段保护配合，配合系数取0.6，出口方式停机和切换厂用电，动作时间与工作母线出线零序保护的动作时间配合，时间级差取0.3s。

高压厂用分支零序电流Ⅱ段保护应与分支零序电流Ⅰ段保护定值配合，但可靠系数应大于1.0，不应取0.6，修改为1.2。磨煤机综合保护装置零序保护定值修改为48A，比原来96A 降低，可靠系数提高，动作时间由原来的0.3s降低到0.1s。

3 改进措施

3.1 磨煤机电动机零序保护改进措施

历年磨煤机电动机接地故障电流统计见表2。从表2可以看到，2010年以来曾发生多次磨煤机电动机的接地故障，只有一次（第11项）发生保护越级跳闸造成停机事件，其余的12次没有发生保护越级跳闸的现象。第5项的零序接地故障电流102A 较小，但启动电流也小，最大3.3A，刚超过电动机的额定电流2.75A，故零序制动量较小，所以综合保护装置零序保护动作，没有发生保护拒动越级跳闸事件。第2、3、4项和第12项启动电流两相小，一相电流最大值刚到2.3 倍额定电流，零序电流大，6 kV 综合保护装置可靠动作。其余的情况启动电流大，零序电流也大，6kV 综合保护装置也能动作。如果启动电流大，而零序电流小，容易引起保护拒动和越级跳闸，第11项属这种情况，故只调整保护定值不能避免单相接地时保护越级跳闸事件的发生，必须取消零序保护的制动量才能杜绝该问题。

图1 一次接线系统图

表1 2台机组6 kV电缆长度和电容电流

如果不取消零序保护的制动量，磨煤机电动机接地一次接地零序电流超过整定值48A，电动机启动电流按7倍额定电流计算，零序制动量〔1＋（Imax/Ie－1.05）/4〕I0dz＝119A，当零序电流在48～119A内时，综合保护装置装置的零序保护拒动，而6kV电动机接地产生的零序电流随机变化，没有规律，电动机接地电流落在此范围内，综合保护装置零序保护仍拒动，而接地电流大于厂用分支零序零序Ⅰ段84A 和Ⅱ段101A 定值，厂用分支零序Ⅰ段或Ⅱ段保护动作，造成6kV 厂用分支停运或停机。

表2 历年磨煤机电动机接地统计 A

3.2 零序电流保护定值改进措施

参照文献［2］重新计算零序电流保护定值，磨煤机电动机的零序保护动作值修改前取8，动作时间取0.3s，可靠系数取4.2；修改后动作值取4，动作时间取0.1s，可靠系数取8.0，出口方式跳磨煤机电动机断路器；高压厂用分支零序电流Ⅰ段的可靠系数取5，出口方式跳分支和切换厂用电，高压厂用分支零序电流Ⅱ段保护与分支零序电流Ⅰ段保护配合，可靠系数取6，出口方式停机和切换厂用电，动作时间与工作母线出线零序保护的动作时间配合，时间级差取0.4s。

从表3、表4中的数据得知，修改前厂用分支零序电流Ⅰ段动作值大于厂用分支零序Ⅱ段，接地故障电流首先达到零序Ⅱ段的定值动作于停机，而零序Ⅰ段保护未能动作，显然厂用分支零序保护定值整定错误。

修改定值后，厂用分支零序电流Ⅱ段动作值高于Ⅰ段，当系统单相接地时，零序电流Ⅰ段首先动作，跳本侧分支断路器和切换厂用电，避免保护直接进入零序电流Ⅱ段造成事故停机，同时提高了磨煤机零序电流保护的灵敏度，降低动作值，缩短了保护动作时间［2］。