夏 超

隨著電力工程行業(yè)和微機(jī)保護(hù)裝置技術(shù)的快速發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的容量也在日益增大。為了在設(shè)備的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)中貫徹執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，達(dá)到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)等要求，根據(jù)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》 （GB/T 50062-2008） 第9.0.2-1 條規(guī)定，電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)不符合要求的2 MW 以下電動(dòng)機(jī)，或2 MW及以上電動(dòng)機(jī)，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)[1]。但在實(shí)際工程中，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程中經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)作。某公司新增一套煙氣脫硫脫硝裝置，內(nèi)設(shè)一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，其配套電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式為固態(tài)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)采用NSP783A 電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置。因此，該電動(dòng)機(jī)配有一臺(tái)啟動(dòng)柜和一臺(tái)運(yùn)行柜，當(dāng)電流降至額定電流值時(shí)，將電動(dòng)機(jī)電源由啟動(dòng)柜切換至運(yùn)行柜。按照《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》及《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）》的要求必須設(shè)置差動(dòng)保護(hù)。

在增壓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)空載調(diào)試階段，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行柜曾出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的情況，但10kV 廠用母線系統(tǒng)運(yùn)行正常，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)絕緣良好，相關(guān)線纜無斷路和短路，保護(hù)定值輸入與計(jì)算書相同。再次送電啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，上述現(xiàn)象再次發(fā)生?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員判斷應(yīng)是差動(dòng)保護(hù)本身的原因，必須進(jìn)一步分析排除故障。

1 差動(dòng)保護(hù)的作用及整定原理

差動(dòng)保護(hù)利用基爾霍夫電流定律，將被保護(hù)電氣設(shè)備看成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，正常運(yùn)行時(shí)流進(jìn)、流出被保護(hù)設(shè)備的電流相等，差動(dòng)電流等于零，保護(hù)裝置不動(dòng)作；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，流進(jìn)、流出的電流不相等，差動(dòng)電流大于零。當(dāng)差動(dòng)電流大于差動(dòng)保護(hù)裝置的整定值時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作，被保護(hù)設(shè)備電源回路的斷路器跳開，使故障設(shè)備斷開電源。

差動(dòng)保護(hù)包含差動(dòng)速斷保護(hù)和比率差動(dòng)保護(hù)。差動(dòng)速斷保護(hù)用于保護(hù)設(shè)備內(nèi)部嚴(yán)重故障和電氣線路上的短路故障，比率差動(dòng)保護(hù)用于保護(hù)設(shè)備內(nèi)部的輕微故障。發(fā)生嚴(yán)重的短路故障時(shí)，電氣回路中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波分量，此時(shí)比率差動(dòng)保護(hù)會(huì)因諧波分量制動(dòng)而不能正確動(dòng)作。因此，設(shè)置差動(dòng)速斷保護(hù)后，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重短路故障時(shí)，保護(hù)裝置能夠快速動(dòng)作，彌補(bǔ)比率差動(dòng)保護(hù)的不足。

1.1 差動(dòng)速斷

差動(dòng)保護(hù)是電動(dòng)機(jī)回路短路的主保護(hù)，差動(dòng)速斷保護(hù)在被保護(hù)對(duì)象發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)能夠快速動(dòng)作。差動(dòng)速斷的動(dòng)作電流一般取3～8 倍額定電流的較低值，當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生三相短路故障時(shí)，有不小于1.2 的靈敏系數(shù)[2]。差動(dòng)速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)為

1.2 比率差動(dòng)

比率差動(dòng)保護(hù)在被保護(hù)對(duì)象內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)能夠快速動(dòng)作，而發(fā)生外部短路時(shí)不動(dòng)作，所以發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)有較高的靈敏度[2]。

（1） 最小動(dòng)作電流

比率差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流應(yīng)躲過差動(dòng)回路在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流，即

式中：Ksen2—比率差動(dòng)靈敏系數(shù)；Iop,k2—比率差動(dòng)繼電器動(dòng)作電流（A）；Ires—制動(dòng)電流，發(fā)生短路故障時(shí)流過電流互感器的故障分量電流（A）；It—拐點(diǎn)電流（A）。

2 保護(hù)誤動(dòng)作原因的排查與分析

該增壓風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)的額定功率為3 800 kW，額定電壓為10 kV，額定電流為267.2 A。電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)所使用的電流互感器均為L(zhǎng)ZZBJ9-10A 型，誤差限值及準(zhǔn)確級(jí)為0.5/5P20，電流互感器變比為300/5。差動(dòng)保護(hù)用電流互感器容量為15 VA，共兩組，一組安裝在高壓配電室電動(dòng)機(jī)運(yùn)行柜內(nèi)，一組安裝在電動(dòng)機(jī)尾部中性點(diǎn)接線盒內(nèi)。增壓風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式為固態(tài)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，限流倍數(shù)為1～5 倍可調(diào)，啟動(dòng)時(shí)間為1～120 s可調(diào)。在電動(dòng)機(jī)的初期調(diào)試過程中，軟啟動(dòng)器啟動(dòng)倍數(shù)設(shè)定為4.5 倍，啟動(dòng)時(shí)間為25 s。

在故障排查之前，筆者首先核對(duì)設(shè)計(jì)方提供的整定計(jì)算書，確保整定計(jì)算書中的定值計(jì)算結(jié)果和電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的差動(dòng)保護(hù)整定值均無誤。在此基礎(chǔ)上，對(duì)所有差動(dòng)保護(hù)的相關(guān)項(xiàng)進(jìn)行排查。

2.1 第一次空載試運(yùn)行

筆者先空載啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的顯示屏中觀察保護(hù)參數(shù)。發(fā)現(xiàn)從開始運(yùn)行至保護(hù)跳閘為止，運(yùn)行柜端保護(hù)電流Ia1、Ib1、Ic1分別為1.36 A、1.37 A 和1.37 A，三相保護(hù)電流差值小于等于0.01 A，可視為近似相等，但是電動(dòng)機(jī)端保護(hù)電流Ia2、Ib2、Ic2均為0 A。同時(shí)，在差動(dòng)保護(hù)跳閘后，電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置發(fā)出CT 斷線報(bào)警。

從NSP783A 電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的CT 斷線閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)邏輯可知：

瞬時(shí)CT 斷線報(bào)警在差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)后、保護(hù)跳閘之前才進(jìn)行。當(dāng)滿足下述所有條件時(shí)判定該側(cè)CT 瞬時(shí)斷線：

①啟動(dòng)前該側(cè)最大相電流大于0.1 倍額定電流；

②啟動(dòng)后各側(cè)最大相電流小于1.2 倍額定電流；

③啟動(dòng)后任一側(cè)電流比啟動(dòng)前沒有增加（變化值不超過0.2 倍額定電流）；

④該側(cè)至少有一相電流啟動(dòng)后為零（即小于0.05 倍額定電流），而該相啟動(dòng)前大于0.1 倍額定電流。

在差動(dòng)故障電流導(dǎo)致比率差動(dòng)元件動(dòng)作后，進(jìn)入瞬時(shí)CT 斷線的判別程序，達(dá)到防止瞬時(shí)CT 斷線誤閉鎖的目的。通過選擇整定控制字可以在瞬時(shí)CT 斷線判別動(dòng)作之后閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)出口。

而對(duì)于單純的CT 斷線，NSP783A 電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置對(duì)運(yùn)行柜端和電動(dòng)機(jī)端均用判據(jù)

滿足此CT 斷線判別條件時(shí)，延時(shí)10 s 發(fā)送CT 斷線報(bào)警信號(hào)。待系統(tǒng)恢復(fù)正常后延時(shí)10 s 自動(dòng)返回至正常狀態(tài)。

由上述閉鎖和CT 斷線判別邏輯可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置檢測(cè)到差動(dòng)故障電流達(dá)到動(dòng)作值后，比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，瞬時(shí)CT 斷線判別程序啟動(dòng)，存在突然斷線的可能。所以在電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置上可以看到比率差動(dòng)故障和CT 斷線報(bào)警同時(shí)存在。

由于電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置提示差動(dòng)保護(hù)測(cè)量回路中可能存在斷路，于是按照此分析方向進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)尾部中性點(diǎn)接線盒內(nèi)電流互感器的接線端子處存在接線不完全的情況，接線端子中U、V、W、N 中的N 相未接線，電流互感器二次側(cè)處于開路狀態(tài)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)端保護(hù)電流都是0 A。

正常運(yùn)行時(shí)，由于電流互感器二次側(cè)串聯(lián)電流線圈的阻抗很小，接近于短路狀態(tài)。如果二次側(cè)開路，二次側(cè)電流為零，一次側(cè)電流全部用來勵(lì)磁，使電流互感器的鐵芯飽和，通過鐵芯中的磁通波形畸變?yōu)槠巾敳?。因?yàn)槔@組中的感應(yīng)電勢(shì)與磁通的變化率成正比，所以在磁通過零時(shí)，電流互感器二次繞組將感應(yīng)產(chǎn)生很高的尖端波電勢(shì)，其值可達(dá)到數(shù)千至上萬伏[3]，這樣高的電壓將會(huì)危害運(yùn)維人員的人身安全，也會(huì)損壞電氣元件的絕緣裝置。此外，由于鐵芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度驟增，引起鐵芯中有功損耗增加，有可能導(dǎo)致鐵芯和繞組過熱損壞。此外，鐵芯中還會(huì)產(chǎn)生剩磁增大電流互感器的誤差。所以電流互感器運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)不允許開路，也不允許在二次側(cè)接入熔斷器和開關(guān)。

在空載試運(yùn)行階段，由于電動(dòng)機(jī)端的電流互感器接線不完全，使電流互感器二次側(cè)處于開路狀態(tài)。為避免該電流互感器在被損壞的情況下運(yùn)行，需要檢查電流互感器的絕緣，并采用互感器伏安變比極性綜合測(cè)試儀檢查電流互感器的伏安特性。檢測(cè)結(jié)果互感器絕緣良好，伏安特性曲線正常。

將未接入電動(dòng)機(jī)端電流互感器的線纜可靠接入，然后再次試運(yùn)行。

2.2 第二次空載試運(yùn)行

第二次空載啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電源由啟動(dòng)柜切換至運(yùn)行柜后，運(yùn)行柜立刻跳閘。查看電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置發(fā)現(xiàn)跳閘原因依然為差動(dòng)比率保護(hù)動(dòng)作，但并未發(fā)現(xiàn)CT 斷線報(bào)警。查看電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的調(diào)試參數(shù)，發(fā)現(xiàn)“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式”控制字設(shè)定值為“0”，“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間”的定值設(shè)定為“25”。

由NSP783A 電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置對(duì)于“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)檢測(cè)”的邏輯描述可知：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相電流值先后均出現(xiàn)小于0.05 倍額定電流的情況，而后最大電流大于0.1 倍額定電流時(shí)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置便判定電動(dòng)機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，開始對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程計(jì)時(shí)。

當(dāng)“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式”的控制字設(shè)定為“0”表示直接啟動(dòng)。如果滿足以下兩種情形之一，則判定電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程結(jié)束，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)：

（1） 正常啟動(dòng)結(jié)束 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程計(jì)時(shí)開始后，在“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間”的整定值的延時(shí)范圍內(nèi)，檢測(cè)到最大電流值先大于然后再小于1.15 倍額定電流的過程。

（2） 不正常啟動(dòng)結(jié)束 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程計(jì)時(shí)開始后，在“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間”的整定值的延時(shí)范圍內(nèi)，一直沒有檢測(cè)到最大電流先大于再小于1.15倍額定電流的過程，計(jì)時(shí)超過“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間”的整定值的時(shí)間延時(shí)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置判定電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程結(jié)束。

“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式”的控制字設(shè)定為“1”表示電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)。在軟啟動(dòng)的啟動(dòng)過程中可能反復(fù)出現(xiàn)電流值先大于再小于1.15 倍額定電流的情況，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程并未真正結(jié)束。因此，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)過程后，經(jīng)過“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間”整定值的時(shí)間延時(shí)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置就會(huì)判定啟動(dòng)過程結(jié)束。

軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)后25 s，回路電流將降至額定電流，電源由啟動(dòng)柜切換至運(yùn)行柜。根據(jù)觀察，在啟動(dòng)柜啟動(dòng)過程中，由于電動(dòng)機(jī)電源尚未從啟動(dòng)柜切換至運(yùn)行柜，運(yùn)行柜中檢測(cè)到的差動(dòng)回路運(yùn)行柜端和電動(dòng)機(jī)端的保護(hù)電流值并非正常運(yùn)行值。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電源由啟動(dòng)柜切換至運(yùn)行柜，但運(yùn)行柜的電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置尚未采集到運(yùn)行柜端和電動(dòng)機(jī)端的保護(hù)電流值，而設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間已經(jīng)結(jié)束，電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置便判定啟動(dòng)過程結(jié)束，電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行階段發(fā)生故障，導(dǎo)致差動(dòng)電流過大，進(jìn)而電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置發(fā)出差動(dòng)保護(hù)跳閘指令，導(dǎo)致斷路器跳閘。

因此可以斷定此次比率差動(dòng)保護(hù)跳閘是調(diào)試人員在設(shè)定電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置整定參數(shù)失誤所致。筆者將“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式”控制字設(shè)定值為“1”，“電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間”的定值設(shè)定為“30”，然后繼續(xù)空載試運(yùn)行。

2.3 第三次空載試運(yùn)行|

此次試運(yùn)行持續(xù)40 min 未出現(xiàn)跳閘情況。

2.4 帶載試運(yùn)行

在空載試運(yùn)行成功后，筆者進(jìn)行電動(dòng)機(jī)帶載試運(yùn)行。試運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行柜端和電動(dòng)機(jī)端的保護(hù)電流值比空載時(shí)略微增大，由于是同步增大，所以差動(dòng)電流值Ida、Idb、Idc均為0 A，帶載運(yùn)行正常。

3 結(jié) 語

通過對(duì)本文10 kV 電動(dòng)機(jī)試運(yùn)行差動(dòng)保護(hù)跳閘的原因分析和故障排查，發(fā)現(xiàn)跳閘為電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，是安裝調(diào)試人員工作失誤所致。

已投產(chǎn)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，大都源于保護(hù)測(cè)控裝置、電纜或電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)問題。對(duì)此，首先要查看差動(dòng)保護(hù)的相關(guān)參數(shù)，大致判斷產(chǎn)生故障的主要原因以確定排查方向。一般來說，可以依次對(duì)電動(dòng)機(jī)、電纜進(jìn)行絕緣測(cè)試，測(cè)試差動(dòng)保護(hù)回路中的元件（如測(cè)試電流互感器的伏安特性曲線），檢查保護(hù)測(cè)控裝置是否存在故障，也可以同時(shí)排查。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大都是電動(dòng)機(jī)內(nèi)部短路、 電纜短路、電流互感器或其他二次回路元件的問題。

改造或者第一次投產(chǎn)的新電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，有可能是由于安裝疏忽或者對(duì)設(shè)備不了解，如將電流互感器保護(hù)繞組的控制電纜錯(cuò)接到測(cè)量繞組上或電纜相別接錯(cuò)；或者由于保護(hù)測(cè)控裝置參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，以及由于電纜或者設(shè)備選型錯(cuò)誤所致。

因此，在設(shè)備調(diào)試階段發(fā)生差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的狀況時(shí)，作為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員要在了解差動(dòng)保護(hù)的原理及保護(hù)裝置的判斷邏輯的基礎(chǔ)上，結(jié)合電動(dòng)機(jī)實(shí)際控制方式分析原因，找出解決方法。