包文烨

(国能浙江北仑第一发电有限公司)

0 引言

众所周知, 循环水泵是发电厂循环水系统的主要构成部分, 其主要功用是把低温的冷却水输送至凝汽器内, 并且会将凝汽器内汽轮机排汽释放出的热量驱散至外界, 诱导汽轮机的排汽快速发生液化等物态转变。循环水泵不仅是实现热力循环的基础设施, 也是凝汽器创建真空环境的大前提。

1 循环水泵接地保护报警原理

本电厂6 kV 循环水泵自身是中性点不接地系统,当其突发单相接地故障时, 流经故障点的电流就是全系统的对地电容电流, 电流并不大。现场实测相对地电压大小是零, 无法测定出正常相的相电压, 仅能获得线电压, 三相负荷电流与线电压两者依然保证原始的对称关系, 电动机依然能正常运作2h 左右。国家标准规定, 当接地电流＞5A 时, 要加装单相接地保护相关设施; 接地电流＞10A 时, 接地保护能自动跳闸; 而处于接地电流≤10A 的工况下时, 接地保护的动作体现出一定选择性, 可以作用于跳闸, 亦可以作用于信号。

现实中, 大部分接地保护的形式是零序电流保护, 动作电流严格遵循大于本体电容电流的原则运行整定工作。在本体接地的工况下, 接地电流明显大于整定值, 并且等于全系统的电容电流; 但若系统内他类电动机处于单相接地状态时, 接地电流即是本体持有的电容电流, 低于整定值。如果经分析后探查到灵敏度与设计要求之间有较大的出入时, 则可以尝试加长保护的动作持续时间, 以将故障瞬间过渡过程造成的不良影响降到最低[1]。

#1 ～#6 循环水泵铭牌显示其额定功率1600kW,额定电流191.7A, CT 变比400 ∶5, 零序CT 变比50∶1, 额定二次电流2.4A, 西门子7SJ68 型保护装置。参照躲过区外单相接地状态下通过保护安装位置的单相接地电流运算单相接地保护, 高压侧零序过流保护动作值是定值, 即为0.1In, 动作在信号发出环节。

观察分析循环水泵一次系统, 零序CT 被布置在电动机侧, 断路器是6kV 母线输入动作电源的载体,水泵电动机是动作电源的最终“归宿”。

在本电厂内, 7SJ6H 型综保装置能从电动机侧零序CT 获取单相接地保护电流, 综保装置把信号完整地传送到报警光字牌。由于布置报警光字牌本体的场地较窄小, 故而设计报警回路时并联#1 ～#6 水泵电动机的接地保护发信回路, 见图1[2]。采用以上运行措施去压缩报警光字牌占据的空间, 任何一台循环水泵运行期间对外发出单相接地信号时, 主控室报警光字牌都会自动报警。

图1 水泵电机接地报警回路图

2 循环水泵误发接地报警故障的分析

不管是电力系统还是电气设备, 其接地形式很多, 按照接地作用的差异主要被分成工作、保护及防雷接地三种。在本电厂内, 一次电力设备在保护接地工况下误发出接地报警信号。

某日, 主控室发出“循环水泵电机接地”报警。运行人员达到现场后把7SJ68 型综保装置作为第一检查对象, 较为顺利地找到了报警信号的来源——#4循环水泵的报警系统。当前#4 水泵处于隔离状态,接地闸刀完全闭合, 需按规程检修电机机械部分。

查找翻阅既往形成现场工作票以及分析相关专业理论, 鉴于#43 水泵电机机械部分正处于检修状态下, 要按规定对开关侧接地, 以确保后续能安全、顺利地执行其他相关操作。现场拆开三相短路接地的电缆头后即刻陷入两点接地状态, 形成了环流。接地后大地连接零序接地保护CT, 接地保护整定值较低,发生漂移后就会传达出“循环水泵电机接地”报警信号[3]。

因为循环水泵和其断路器部位安置在不同厂房内, 两厂房物理距离很远并且接地网独立建设, 故而不能实现一点接地。针对电厂项目的现实情况, 尝试采用如下方案处理单相接地保护的误报警问题。

2.1 整顿整定值

深入研究水泵电机单相接地报警的整定值, 按照躲过区外侧单相接地工况下流经保护安装位置单相接地电流运算出整定值的大小:

式中,Krel为可靠系数, 取2.5;为被保护设备单相接地的电容电流, 取0.037A; 高压侧的零序过流保护动作值0.1A, 即0.1In。

综合分析后, 可靠系数Krel取2.5, 若该值过大时将会丧失保护的意义, 故而不必整顿整定值。

2.2 增加保护接地电阻的阻值

只有规范地落实各项保护接地策略, 才能使现场作业人员的生命安全得到更大保障, 明确电气设备正常运行状态下不带电的金属外壳或构架类型、分布位置, 分别接入大地。保护接地要达到电气设备绝缘结构受损造成外壳处于带电状态时, 外壳电位在安全阈值以下, 进而规避发生人员触电等电力危险事故。国家安全用电规程规定要将保护接地电阻组织控制在4Ω 之内, 而人体的电阻通常高于2000Ω, 可见接地体电阻明显小于人体电阻, 这也就意味着流经人体的电阻是十分微小的, 进而发挥了良好的保护作用。解读用电规程做出的规定要求, 当保护接地电阻组织过大时, 则就很难维护现场作业人员生命安全; 但若保护接地电阻值偏低时, 那么在降低接地环流方面就不能体现出较好效能。鉴于以上情况, 不推荐通过增加保护接地电阻阻值的方式去降低接地环流。

2.3 改进单相接地报警回路

在本电厂内, 6 台循环水泵运行期间共同1 个报警回路, 如果单台循环水泵发出单相接地报警信号,则很可能干扰到主控人员判断分析相关问题的思路。与此同时, 综合分析既往循环水泵单相接地保护的报警事件, 水泵处于检修状态, 且开关侧与电机侧一并接地是产生这种报警现象的必要条件。检修状态的电机内部没有电流, 故而据此可以断定其没有发生接地故障, 为了更快捷地解除故障, 对检修状态下的水泵单线接地报警信号采取屏蔽措施。

3 故障处理

3.1 缺陷的解决

改进前的接地报警回路图示见图2。循环水泵并不能独立传送出单相接地保护信号, 需有综保装置CK 的帮衬与支持, 流经共箱母线进线柜以后会显现在主控室报警荧屏上。图3 是改进后的接地报警回路, 断路器主轴辅助开关上分布的常闭式接点串联进报警回路内。

图2 改进前的接地报警回路

图3 改进后的接地报警回路

循环水泵处于正常运行工况下时, 系统内断路器闭合, 干接点状态与断路器保持一致, 不存在影响综保装置正常发挥自身功能的客观因素; 水泵检修时,断路器、干接点两者均处于断开状态, 对综保装置误发的报警信号能起到良好的屏蔽作用。

3.2 对电动机采用兵乓球一点接地保护方法

电动机转子一点接地保护逻辑见图5 所示。如果满足设计的判断条件: 保护定值(Rjz) ＞接地电阻(Rj) 时, 便会迅速开启转子一点接地, 充分发挥转子两点接地的保护功能, 延时5s (tg1) 后传送出转子一点接地报警, 若能判断出延时后依然契合故障延时的设计要求, 则继续延时600s (tg2) 后再驱动,并合理配备出口, 但不投入Kb3、Kb4、Kb5。

切换采样是电动机转子发挥一点接地保护功能的基本原理。见图4, 当系统处于负极∝位置时, 通过电阻(Rj) 进行接地, 电阻R、R1的功能均是测定附加电阻阻值大小, 单元时钟时刻管控着开关S1、S2的启闭状态。打开S1时要闭合S2, 关闭S1时要确保S2处于全开状态, 两个开关循环交替动作的过程好似乒乓球运动项目, 所以将这类保护称为兵乓式一点接地保护。

图4 转子一点接地保护原理图

综合以上分析, 可以推导出:

当Rj＜Rjz时, 据此就可以判断发生了转子一点接地保护情况。

本文在这里要特别提及的一点问题: 运行以上保护算法时, 单位进行切换采样的唯一条件是Ue＞50V, 为了确保Ue、U的高精准度, 严禁将较大的滤波添加到回路内, 所以采样值大小会出现很大的变动, 在切换采样时将各次采样历时精准控制为40ms,各次均采集16 个交流采样点, 共采样2 次, 为减少误差, 去除过大、过小的采样值, 算出平均值作为运算Rj1与∝的Ue1、U1与Ue2、U2。

电动机的励磁电压(Ue) 及故障点均不影响乒乓式一点接地保护的灵敏度Rj, 体现出保护覆盖范围宽大、灵敏度高及功耗小等优势, 故而其在电力建设领域有较高的应用频次。但以上保护模式也存在着一定劣势, 建设条件较为严格, 一定要在顺序切换开关S1、S2过程中维持Ue大小稳定的条件下建设, 并且本次动作原理的分析环境体现出一定局限性, 仅限定在稳态直流工况下, 没有综合分析S1、S2电子开关切调过程中非线性元件产生的暂态干扰问题, 那么即便是系统励磁回路内有少许交流分量时, 保护装置也能做到即刻动作。

3.3 调整后的功能检验

按计划调整好回路后, 通过标准测试检测6 台循环水泵二次回路的功能。将水泵断路器移动到设计部位, 逐一闭合电源开关, 给电动机通电。使断路器分闸, 随后将1.1 倍单相接地电流定值通进综保装置,装置内形成接地报警, 但此时主控室中未见循环水泵发出接地报警信号。切断输入电流, 恢复综保原始状态, 断路器合闸后, 再把1.1 倍单相接地电流定值通进综保装置内, 综保装置发出接地报警信号, 主控室传递出“循环水泵接地”报警。投用单相接地保护压板后, 断路器自动跳闸。执行完传动试验测试活动后, 使设备复原到传动之前的状态。

4 结束语

#1 ～#6 循环水泵都被部署在#50 厂房内, 本厂房中没有安装他类6kV 泵类装置, 循环水泵断路器被设置在#05 厂房中, 翻阅既往报警记录资料, 6 台循环水泵都曾出现过这种接地报警, 故障现象一致。而安装在其他厂房中的泵类设备运行期间均未发生过这种异常接地报警事故, 据此可以判断#50 厂房与#05 厂房之间产生了接地环流, 后续实践中应加大对以上两个厂房内接地网的管理力度, 及时解除故障问题, 以防因接地环流异常增大而干扰其他泵类设备的正常运行状态。