氨泵電機速斷誤動作原因分析及處理

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司 董川濤 譚振華

1.序言

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司尿素裝置高壓氨泵采用的是德國沃森頓公司生產的立式七柱塞無級調速往復泵，型號為：VSEH102×178，動力驅動采用6KV高壓電動機(位號：300PM01)，型號ABB-JS/TXCB-560A4，額定轉速1495轉，額定電壓6KV，額定電流114A。電動機保護采用微機型綜合保護Sepam M41+MES114+ACE949+CCA634，10個輸入和8個輸出，I1-I3兩CT保護接線方式，電流互感器變比采用150/5。我公司同型號電動機共計兩臺，裝置正常生產運行時為一用一備，熱備用狀態下的電動機具備具備一鍵啟動。熱備用狀態下的電動機繞組處于自動加熱除潮狀態，防止受潮降低電動機絕緣等。

2.問題的提出

2011年9月29日14點57分，尿素工藝人員現場啟動300PM01B，啟動瞬間電動機速斷保護動作，工程技術人員立即至301總變電所查看綜合保護后臺監控系統報警信息，具體報文如下：14:57:23:873：現場啟動300PM01B：斷路器合閘；14:57:23:905：300PM01B速斷保護保護動作：A相電流故障值=610A；B相電流故障值=860A；C相電流故障值=760A；14:57:23:916：300PM01B斷路器分閘。查看后臺監控系統報文后，技術人員隨及到6KV配電裝置現場進行查看，300PM01B柜面故障指示燈亮，Seapm M41綜合保護顯示：速斷保護動作。

3.電機保護配置簡介

氨泵電機保護采用的是施耐德Sepam M41+MES114+ACE949+CCA634，10個輸入和8個輸出，可于保護裝置內部實現可編程邏輯保護，替代傳統中繼器變量，常用保護功能如下：

3.1 過流/速斷保護(50/51)

相過流保護功能是三極的，如果一相、二相、三相電流達到運行設定點，相過流保護動作。M41保護共有9種選擇方式，我公司過流/速斷均采用的是定時限保護功能。

3.2 過熱保護(49)

當電動機轉子被堵住或旋轉非常慢時，電動機的熱特性與其在額定負載時不同。在這種條件下，電動機轉子或定子有過熱危險。

3.3 電流不平衡及斷相保護(46)

負序電流是按3相電流確定的，如果相電流的負序分量大于設定值則保護動作。

3.4 啟動時間過長和轉子堵轉保護(48/51LR)

起動超時：起動過程中，當三相電流中有一相電流超過設定點電流Is，持續時間大于正常起動時間，則保護動作。

轉子堵轉：電動機正常運轉起動后，當三相電流中有一相電流超過設定點電流Is，持續時間大于定時限設定值，則保護動作。

3.5 接地保護(51N)

如果接地故障電流達到設定點，接地故障保護動作。

3.6 低電壓保護(27)

本保護功能是三相的，并可按相或線電壓參數整定值運行。如果三相中一相或線電壓下降到低于Us/Vs設定點，保護裝置動作，可包括一個定時限延時T跳閘或相關故障報警。

3.7 詳細配置表見表一“氨泵電機保護配置表”

表一 氨泵電機保護配置表

4.電機速斷動作原因分析

電機速斷保護動作跳閘后，立即組織工程技術人員進行“分段”檢查，即：電動機本體檢查、交聯電纜檢查、斷路器小車及微機型保護裝置檢查。

4.1 電動機本體檢查及分析

檢查電動機繞組部分，查看電動機是否出老化，受潮、受熱、受侵蝕、異物侵入、外力的沖擊等，是否因電機過載、欠電壓、過電壓或缺相運行等引起繞組故障。

打開電動機端蓋部份，通過目測繞組端部及線槽內絕緣物觀察有無損傷和焦黑的痕跡，如有就可能接地或匝間短路造成碳化點存在，結果打開端部未發現任何異常。

為進一步判斷電動機絕緣狀況，采用FLUKE1550B兆歐表2500V測量三組電阻的絕緣電阻，R60/R15=108/101MΩ，判斷為不合格(判斷標準：每1KV≥1MΩ，吸收比≥1.3)。初步判斷電機有受潮現象，后詢問，上午設備衛生清掃過程中，工藝人員用水沖冼過泵體，沖冼過程中水濺至電機，導致受潮。

電動機雖有受潮，但對地絕緣良好，為進一步查看電動機是否真是相間短路，技術人員用感性負載直阻速測儀TG--3960—A對電動機繞組進行直流電阻測試，測試結果如表二“電機直流電阻測試數據”。

表二 電機直流電阻測試數據

電機直流電阻測試合格，未發現異常，為進一步確保電機本體完好，將氨泵電機與泵體脫離，拉回檢修大廳進行預防性試驗，試驗前先對電動機進行烘箱加熱，加熱后用FLUKE1550B測試絕緣R60/R15=1.78/1.15GΩ，判斷合格。絕緣完好后，用TDGC---10/0.5－15KVA高壓工頻耐壓設備進行耐壓試驗，試驗電壓取1.5Ue為9KV，受壓時間1分鐘。預防性試驗過程無放電現象，電動機本體良好，無任何問題。

4.2 交聯電纜檢查及分析

氨泵電動機動力電纜采用原國外進口的交聯聚乙烯電纜。速斷保護后，技術人員對交聯電纜進行絕緣測試，采用FLUKE1550B、2500V測試，具體測試數據如表三“交聯電纜絕緣數據測試表”。

表三 交聯電纜絕緣數據測試表

交聯電纜絕緣測試未好現任何問題，為確保交聯電纜真正的完好性，對交聯電纜進行深入的檢查，采用對交聯電纜進行絕緣預防性試驗，試驗標準為3Uo，30分鐘，試驗設備為美國進口設備VLF 0.01HZ超低頻設備進行預防試驗，試驗過程中未出現放電或絕緣擊穿現象，所以電纜完好，未出現任何問題。

4.3 斷路器小車檢查及分析

301總變電所6KV高壓開關柜設備采用梅蘭日蘭進口設備，斷路器小車采用的是SF6氣體絕緣密封設備，短時分斷能力達40KA，但由于斷路器自身運行年限較久，已達20年。斷路器自身性能狀況如何，采用對斷路器進行預防性耐壓試驗，試驗標準按照3Ue，1分鐘，分別進行相對相及地、斷口耐壓及地試驗，試驗過程未發現絕緣擊穿現象，故斷路器絕緣性能良好。

斷路器分合閘同期試驗，由于車間無專門做斷路器分合閘同期試驗裝置，經車間技術人員討論后，決定采用機械秒表進行同期試驗，找到三塊機械秒表（401型）分別接至三相觸頭，通過分合閘觀察秒表移動位移，試驗發現合閘同期A、B相與C相差3ms，分閘同期為0ms，符合規程要求（相間合閘不同期≤5ms，分閘不同期≤3ms），所以可以判斷小車斷路器性能良好。

4.4 微機型保護裝置檢查及分析

本次速斷事故發生后，為確保微機綜合保護裝置性能良好，對保護定值進行校驗，氨泵電機速斷整定值878A，按變比150/5進行整定二次值為29.3A，適當放大通入試驗電流至29.4A，保護動作，動作時間45ms，報文“速斷保護”。隨后降低試驗電流，按照M41采集電流860A，二次側28.66A，放大電流通入28.7A至保護裝置，保護未動作，約2.02S動作，報文“過流動作”。

為進一步確定保護裝置定值未發生漂移，又對過流進行定值校驗，過流值624A，按變比150/5進行整定二次值為20.8A，放大電流通入20.9A，2.12S動作，報文“過流動作”。通過上述分析，保護裝置動作可靠，靈敏性高，不存在任何問題。

4.5 非設定值動作原因分析

Sepam M41微機型綜合保護裝置出現未達到整定值而動作，導致其動作原因究竟在什么地方，是誤動還是靈敏度問題，查閱Speam M41數據資料發現微機型綜合保護裝置動作值以保護O1出口30ms后采集的尖峰值，并非瞬間測量值，其尖峰值根據電流的衰減情況而定，若衰減速度較快采集值就遠小于實際尖峰電流值，若衰減速度較慢就近似于實際值，所以本次速斷動作值860A為衰減值，并非實際值，其實際應大于860A，所以會導致微機型保護動作。

4.6 電機速斷動作電流波形分析

氨泵電機速斷保護動時，保護裝置采集錄波電流為A相電流故障值=610A；B相電流故障值=860A；C相電流故障值=760A；各相電流值偏差懸殊較大，查看綜合保護后臺監控系統采集故障錄波圖形有一定畸變現象，其原因較多，如諧波、電能質量、系統穩定以及其它干擾等原因，并非為工況時的標準正弦波，如圖一所示“氨泵電機啟動速斷故障波形圖”，其峰值近2000A換算至有效值也近1400A左右，所以導致速斷動作。

圖一 氨泵啟動速斷故障波形圖

正常氨泵電機啟動時，啟動電流約710A左右，啟動時間1.12S左右，不會出現速斷保護動作和過流保護動作，正常啟動時波形圖如圖二所示：氨泵正常啟動波形圖。啟動峰值在1000A左右，其有效值在707A左右，啟動時間1S左右。所以不會出現速斷保護動作。

圖二 氨泵正常啟動波形圖

建峰第二套大化裝置高壓電動機04P1101B循環水泵于2010年5月17日發生相間短路，后經檢查屬電纜相間短路放炮，造成速斷保護動作，其動作時的故障錄波如圖三所示：速斷瞬間尖鋒電流達4500A左右，其有效值高達3200A左右，屬真正意義上的速斷保護動作。

圖三 04P1101B循環水泵相間短路波形圖

4.7 速斷動作真實原因分析

經上述錄波圖對比分析，本次氨泵電機并非屬真正意義上的速斷保護，那造成速斷保護的原因到底在什么地方。后深入檢查分析發現，08年大修技術改造前我公司采用的施耐德ITG7446晶體管繼電器采集2CT進行保護，08年技術改造時，我公司仍延用如圖四所示的接線方式，并非采用圖五接線方式。兩者接線區別在于3CT接線方式時M41保護中選擇電流互感器數目時必須選用I1-I2-I3，表示其為3CT保護，任何一相達到動作值時，保護出口動作。而2CT接線方式，監測數據值IA、IC為實測值，IB的值則為假設Io＝0時估算出來的，僅用于測量顯示，不能用作保護。如果接線為2CT接線方式，選擇3CT時，將會出現以IA、IC實際電流差值和幅角以及假設Io＝0等因素決定IB值，所以IB值存在較大誤差。

圖四 氨泵保護接線方式

圖五 三CT保護接線方式

分析后，查詢我公司300PM01B M41保護裝置整定情況，查看保護整定為3CT接線方式，其IB相電流計算出的值進入了保護，如圖六所示。由于氨泵電機、斷路器等目前已使用近20年，各種使用狀況大不如前，如斷路器存在一定的合閘不同期等均可能造成啟動瞬間電流不平衡，造成Io≠0的發生，促使計算值增大等，導致保護裝置誤動作。

圖六 300PM01B保護整定情況

5.處理措施

5.1 修正CT設置

恢復2CT接線方式設置，將現設置為3CT更改為2CT，盡可能避免出現保護理論計算值，采用CT實際測量值納入保護范疇，從而避免誤動。

5.2 保護可靠系數優化

電機速斷保護動作電流是按照躲過電機最大起動電流來整定的，整定公式為：Isd=Kk.Kq.Ie(其中Kk為可靠系數，一般取1.5-2倍；Kq為電機起動電流倍數，一般取5-7倍；Ie為電機額定電流)，一般高壓電機速斷保護電流范圍為7-12倍，整定值太高靈敏度不夠，速定值太低可靠性又不好，可根據現裝實際情況進行綜合計算，目前我公司氨泵電機最終討論確定將速斷保護定值整為950A，以此提高其運行可靠性。

5.3 增加速斷延時

對速斷保護增加一定和延時性，按期躲過合閘瞬間產生的尖峰諧波電流，但增加延時后，一旦某天氨泵電機真正發生速斷保護動作未能瞬間動作，相間短路電流長時間在供電系統涌動，將會造成上級進線開關跳閘，造成更大的設備事故，所以提高速斷保護動作時間來避開啟動速斷保護不可取。

5.4 保護裝置程序完善

Sepam系列保護裝置屬施耐德電氣微機型綜合保護高端設備，功能強大，非專業人員想駕馭有一定難度，所以應請專業技術人員對保護裝置進行系統檢查評估檢查，以確保其完好性。對保護裝置不完善的地方加以完善。對不符合生產實際的地方應根據現場實際生產要求進行修改，確保各類保護裝置設備運行可靠。

6.結束語

本次300PM01B氨泵電機在啟動瞬間發生速斷保護動作后，車間立即組織對6KV所有高壓電機進行全面檢查，檢查發現CT選線錯誤的綜合保護有4臺之多，最終都進行了修改完善。同時車間在2011年大修期間外請施耐德專業技術人員至現場進行全面的檢查完善，完善后各類電機運行正常，未發生誤動作，生產裝置是否還存在類似的問題，我們將一如繼往的檢查下去，確保裝置安全長滿優經濟運行。

[1] sepam40測量,保護數據手冊.

[2] 蘇文博,李鵬博等.繼電保護事故處理技術與實例.