300MW機組6kV電動機負序電流保護分析

摘要：分析了電動機負序電流保護的情況，驗證負序電流保護的邏輯正確性，為負序電流保護定值整定提供依據。

關鍵詞：繼電保護;負序電流保護;動作分析。

0 前言

本文對300MW機組某6kV電動機負序電流保護動作情況進行分析，為負序電流保護整定計算提供依據。

1 6kV電動機故障初步分析

2016年9月2日02：19：15，某300MW機組B循環水泵跳閘。

故障發生后，檢查發現B、C相發生相間短路。結合錄波文件分析，在短路80ms后，故障由相間短路發展至三相短路，電動機電流速斷保護動作切除故障，屬正確動作。

2 循環水泵保護裝置動作情況分析

2.1 主要保護配置

循環水泵配置一臺NEP998A數字式電動機綜合保護裝置，主要由以下保護功能：

電流速斷保護：短路故障的主保護。

過電流保護：過電流運行時的主保護。

定時限負序過電流保護：兩相短路的主保護。

負序反時限過流保護：非全相運行時的主保護。

堵轉保護：機械卡澀時的主保護。

過負荷保護：長期過負荷時發出告警信號。

過熱保護：不對稱運行和過負荷運行的后備保護。

低電壓保護：三相低電壓時的保護。

2.2 動作情況分析

根據錄波圖分析，故障30ms后，速斷保護啟動并動作，負序電流保護啟動，但未動作出口。同時查詢并聯運行電動機保護事件記錄，未發現負序電流保護啟動信號。

本文將從理論上分析負序電流保護的動作行為。

3 6kV電動機負序電流保護分析

3.1 不對稱短路序電流分布

電力系統發生不對稱故障后，會產生負序電流分量，本文僅分析兩相短路時負序電流的分布情況，闡明電動機負序電流保護的原理。

3.1.1故障點正序、負序電流幅值

根據文獻[1]，圖1所示系統發生非接地相間短路時，故障點電流幅值如式1所示：

式中：I1—故障點正序電流幅值;I2—故障點負序電流幅值;U—系統額定相電壓;Z1—故障點處綜合正序阻抗，其值等于系統1正序阻抗與系統2正序阻抗的并聯值，若系統2為無源負荷，則正序阻抗按無窮大計算;Z2—故障點處綜合負序阻抗，其值等于系統1負序阻抗與系統2負序阻抗的并聯值。

3.1.2負序電流分布情況

根據文獻[2]，負序電流分配滿足下式：

式中：I2S—系統1側負序電流幅值;I2M—系統2側負序電流幅值。

3.1.3正序電流分布情況

根據文獻[1]，正序電流分布情況與短路點兩側電源電動勢有關，如果系統2為負荷，則流向系統2側的正序電流為零（忽略負荷電流），下文分析電動機機端相間短路時的電流分布情況。

3.2電動機短路正序、負序電流

現假設系統二為電動機，則其正序阻抗為Z1M，其負序阻抗為Z2M，根據文獻[3]，其值滿足以下關系：

顯然，分析過程中可認為系統側正序阻抗與負序阻抗相等。

如圖2所示假設B、C發生相間故障，根據前文對負序電流分布進行分析。

圖2. 電力系統兩相非接地故障電流示意圖

分析過程中，假設系統一側正序阻抗Z1s阻抗與負序阻抗Z2s相等。

在上述假設條件下，考慮反饋電流（反饋電壓按額定值）時，正序電流可由下式表示：

在上述假設條件下，考慮反饋電流（反饋電壓按額定值）時，負序電流分別如下式所示：

很顯然，電動機正序阻抗Z1M遠大于系統1正序阻抗Z1s，假設Z1S為Z1M的N倍（0

根據前文分析可得到各阻抗之間關系，如下式所示：

由上式很顯然可知，發生相間非接地短路時，流向系統側和電機側序分量電流有明顯的特征區別。可利用本特征，判斷是區內故障還是區外故障，根據判斷結果閉鎖或者開放負序電流保護，保證保護動作的正確性。

3.3保護邏輯

根據圖2，故障點位于CT與電動機之間時，對電動機來講是內部故障，其CT檢測到的正序電流、負序電流為流向系統的電流;故障點位于CT與系統之間時，對電動機來講是外部故障，其CT檢測到的正序電流、負序電流為流向電動機的電流。

上文計算流向電機的正序電流時，反饋電壓是按額定電壓計算的，事實上發生短路時反饋電壓達不到1倍額定電壓而且衰減速度很快，短路點流向電機的實際正序電流遠小于計算值，故實際的I2M/I1M檢測數值遠大于1，I2S/I1S檢測數值接近1。

此循環水泵電機采用國電南自公司生產的PSM692U電動機綜合保護測控裝置，可根據檢測到的負序電流與正序電流的比值閉鎖或者開放保護[4]，同時滿足下列條件時，保護才啟動：

其中I2—保護裝置檢測到得負序電流;I1—保護裝置檢測到得正序電流;Iop.2—負序電流保護整定值;T—負序電流條件滿足持續時間;Top—負序電流保護延時。

3.4保護定值

電機額定電流：Ie=226（A）

CT變比：250/5

電機二次額定電流：Ie=4.52（A）

負序電流定值：Iop=2.26（A）

動作時限：Top=0.2（s）

3.5保護動作分析

故障點在電動機接線柱處，很顯然屬于內部故障，CT檢測到的正序電流、負序電流是流向系統的。

由錄波文件可知，三相短路故障前，故障相B相電流與故障相C相電流大小相等，相位相反。

由錄波文件可知，故障電流約70A，根據文獻[1]易得正序、負序電流如下式所示：

I1=I2=70/1.732=40.4（A）

很顯然負序電流滿足上述動作條件，但因電流速斷保護時限較短，保護先動作，故障切除。

為檢驗負序電流保護得正確性，退出電流速斷保護，并把負序保護時限改為0s，利用繼電保護校驗裝置重現故障電流，負序保護正確動作。

4.結語

本文重點分析了某300MW機組循環水泵電動機負序電流保護的原理、動作情況，得出以下結論：

（1）、內部故障時，電動機保護檢測到的負序電流分量小于正序電流分量，但接近正序電流分量;

（2）、外部故障時，電動機保護檢測到的負序電流分量明顯大于正序電流分量。

根據上述結論，可根據此特征閉鎖或開放負序電流保護，可保證負序電流保護的選擇性，減小保護延時，提高快速性。

參考文獻：

[1]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3]胡虔生，胡敏強.電機學[M]. 北京：中國電力出版社，2002.

[4]國電南京自動化股份有限公司.PS690U系列保護測控裝置說明書.

作者簡介：

江振生（1976-），男，廣東普寧人，電氣工程師，從事電力工程項目管理工作。