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300MW机组6kV电动机负序电流保护分析

2020-11-30江振生

中国电气工程学报 2020年17期
关键词:继电保护

摘要:分析了电动机负序电流保护的情况,验证负序电流保护的逻辑正确性,为负序电流保护定值整定提供依据。

关键词:继电保护;负序电流保护;动作分析。

0 前言

本文对300MW机组某6kV电动机负序电流保护动作情况进行分析,为负序电流保护整定计算提供依据。

1 6kV电动机故障初步分析

2016年9月2日02:19:15,某300MW机组B循环水泵跳闸。

故障发生后,检查发现B、C相发生相间短路。结合录波文件分析,在短路80ms后,故障由相间短路发展至三相短路,电动机电流速断保护动作切除故障,属正确动作。

2 循环水泵保护装置动作情况分析

2.1 主要保护配置

循环水泵配置一台NEP998A数字式电动机综合保护装置,主要由以下保护功能:

电流速断保护:短路故障的主保护。

过电流保护:过电流运行时的主保护。

定时限负序过电流保护:两相短路的主保护。

负序反时限过流保护:非全相运行时的主保护。

堵转保护:机械卡涩时的主保护。

过负荷保护:长期过负荷时发出告警信号。

过热保护:不对称运行和过负荷运行的后备保护。

低电压保护:三相低电压时的保护。

2.2 动作情况分析

根据录波图分析,故障30ms后,速断保护启动并动作,负序电流保护启动,但未動作出口。同时查询并联运行电动机保护事件记录,未发现负序电流保护启动信号。

本文将从理论上分析负序电流保护的动作行为。

3 6kV电动机负序电流保护分析

3.1 不对称短路序电流分布

电力系统发生不对称故障后,会产生负序电流分量,本文仅分析两相短路时负序电流的分布情况,阐明电动机负序电流保护的原理。

3.1.1故障点正序、负序电流幅值

根据文献[1],图1所示系统发生非接地相间短路时,故障点电流幅值如式1所示:

式中:I1—故障点正序电流幅值;I2—故障点负序电流幅值;U—系统额定相电压;Z1—故障点处综合正序阻抗,其值等于系统1正序阻抗与系统2正序阻抗的并联值,若系统2为无源负荷,则正序阻抗按无穷大计算;Z2—故障点处综合负序阻抗,其值等于系统1负序阻抗与系统2负序阻抗的并联值。

3.1.2负序电流分布情况

根据文献[2],负序电流分配满足下式:

式中:I2S—系统1侧负序电流幅值;I2M—系统2侧负序电流幅值。

3.1.3正序电流分布情况

根据文献[1],正序电流分布情况与短路点两侧电源电动势有关,如果系统2为负荷,则流向系统2侧的正序电流为零(忽略负荷电流),下文分析电动机机端相间短路时的电流分布情况。

3.2电动机短路正序、负序电流

现假设系统二为电动机,则其正序阻抗为Z1M,其负序阻抗为Z2M,根据文献[3],其值满足以下关系:

显然,分析过程中可认为系统侧正序阻抗与负序阻抗相等。

如图2所示假设B、C发生相间故障,根据前文对负序电流分布进行分析。

图2. 电力系统两相非接地故障电流示意图

分析过程中,假设系统一侧正序阻抗Z1s阻抗与负序阻抗Z2s相等。

在上述假设条件下,考虑反馈电流(反馈电压按额定值)时,正序电流可由下式表示:

在上述假设条件下,考虑反馈电流(反馈电压按额定值)时,负序电流分别如下式所示:

很显然,电动机正序阻抗Z1M远大于系统1正序阻抗Z1s,假设Z1S为Z1M的N倍(0

根据前文分析可得到各阻抗之间关系,如下式所示:

由上式很显然可知,发生相间非接地短路时,流向系统侧和电机侧序分量电流有明显的特征区别。可利用本特征,判断是区内故障还是区外故障,根据判断结果闭锁或者开放负序电流保护,保证保护动作的正确性。

3.3保护逻辑

根据图2,故障点位于CT与电动机之间时,对电动机来讲是内部故障,其CT检测到的正序电流、负序电流为流向系统的电流;故障点位于CT与系统之间时,对电动机来讲是外部故障,其CT检测到的正序电流、负序电流为流向电动机的电流。

上文计算流向电机的正序电流时,反馈电压是按额定电压计算的,事实上发生短路时反馈电压达不到1倍额定电压而且衰减速度很快,短路点流向电机的实际正序电流远小于计算值,故实际的I2M/I1M检测数值远大于1,I2S/I1S检测数值接近1。

此循环水泵电机采用国电南自公司生产的PSM692U电动机综合保护测控装置,可根据检测到的负序电流与正序电流的比值闭锁或者开放保护[4],同时满足下列条件时,保护才启动:

其中I2—保护装置检测到得负序电流;I1—保护装置检测到得正序电流;Iop.2—负序电流保护整定值;T—负序电流条件满足持续时间;Top—负序电流保护延时。

3.4保护定值

电机额定电流:Ie=226(A)

CT变比:250/5

电机二次额定电流:Ie=4.52(A)

负序电流定值:Iop=2.26(A)

动作时限:Top=0.2(s)

3.5保护动作分析

故障点在电动机接线柱处,很显然属于内部故障,CT检测到的正序电流、负序电流是流向系统的。

由录波文件可知,三相短路故障前,故障相B相电流与故障相C相电流大小相等,相位相反。

由录波文件可知,故障电流约70A,根据文献[1]易得正序、负序电流如下式所示:

I1=I2=70/1.732=40.4(A)

很显然负序电流满足上述动作条件,但因电流速断保护时限较短,保护先动作,故障切除。

为检验负序电流保护得正确性,退出电流速断保护,并把负序保护时限改为0s,利用继电保护校验装置重现故障电流,负序保护正确动作。

4.结语

本文重点分析了某300MW机组循环水泵电动机负序电流保护的原理、动作情况,得出以下结论:

(1)、内部故障时,电动机保护检测到的负序电流分量小于正序电流分量,但接近正序电流分量;

(2)、外部故障时,电动机保护检测到的负序电流分量明显大于正序电流分量。

根据上述结论,可根据此特征闭锁或开放负序电流保护,可保证负序电流保护的选择性,减小保护延时,提高快速性。

参考文献:

[1]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2002.

[3]胡虔生,胡敏强.电机学[M]. 北京:中国电力出版社,2002.

[4]国电南京自动化股份有限公司.PS690U系列保护测控装置说明书.

作者简介:

江振生(1976-),男,广东普宁人,电气工程师,从事电力工程项目管理工作。

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