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零序保护误动作与引风机跳闸的分析研究

1 引言
零序电流互感器是一种利用单相接地故障线路的零序电流值较非故障电路大的特征,用电流互感器取出零序电流信号使继电器动作,实现有选择性跳闸或发出信号。
中性点不接地电网供电的3~6kV高压电机在接地故障电流大于5A时,会烧坏电机铁芯,故在线路始端应装设单相接地保护装置。文献指出发电厂厂用电动机发生接地故障时,由于电动机动力电缆穿入零序电流互感器接线方式错误,零序过流保护拒动,故障越级到高压厂用变压器分支零序过流保护,保护出口逻辑设置错误,进而有可能造成机组跳闸。通过研究某电厂2A引风机跳闸零序保护误动作故障的查找处理经过,分析了零序保护误动作的原因,提出了在变频改造施工恢复及正常运行中预防零序保护误动作的相关措施。
2 情况经过
2012年2月14日20:57,某电厂#2机负荷为430MW,#2炉2A引风机跳闸,2A送风机联跳,立即投油稳燃,快速减负荷至360MW,运行人员就地检查2A引风机开关柜发现零序保护动作,通知检修人员进行处理。检修人员测量电气一次设备绝缘良好、检查保护装置及二次回路无异常,检查2A引风机电机动力电缆的钢铠及屏蔽层的接地情况,发现接地编织软铜带在按要求穿回零序电流互感器前已与固定钢架构接触,导致固定钢架构与接地网直接相连,通过近一步分析确认了其通过零序电流互感器分流因素的存在。
3 检查处理情况
3.1. 一次设备检查情况
1)6kV开关室内2A引风机开关确已跳闸,开关检查无异常情况。变频器小室内检查一次设备无异常。电动机本体检查无异常。对一次设备分别进行了耐压试验。试验结果如下:
6kV开关室至变频器室电缆耐压试验:直流24kV耐压合格(A相:9微安,B相:10微安,C相:8微安)。
变频器室至2A引风机电机(带电机)耐压试验:直流15kV耐压合格,其三相直阻分别为:0.1436欧、0.1435欧、0.1437欧,试验均合格。
变频柜高压侧耐压试验:三相均超过9600兆欧,直阻分别为:0.05755欧、0.05731欧、0.05755欧,试验均合格。
6KV开关柜避雷器交流放电试验结果:A相14kV、B相14.2kV、C相14kV,试验均合格。
2)根据之前1月27日跳闸处理措施要求,打开6kV开关柜后盖检查6kV电缆屏蔽层接线。检查发现屏蔽层接线正确,但是屏蔽层在穿回零序互感器前有与接地金属物接触现象。
3.2. 二次设备检查情况
检查开关室2A引风机电机综合保护装置,发现“零序保护”动作信号发出。检查二次回路正确,对综合保护装置进行采样试验,定值试验,开关试验位传动试验未发现异常。
4 原因分析
4.1. 零序保护误动作的原因及防范
由于技术水平及对零序电流互感器的了解不够,所以在安装上出现许多问题,有的甚至造成零序保护装置在接地故障时拒动、保护越级,因此必须正确安装零序电流互感器。

根据《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-2006规定:三芯电力电缆终端处的金属护层必须接地良好;塑料电缆每相铜屏蔽和钢铠应锡焊接地线。电缆通过零序电流互感器时,电缆金属护层和接地线应对地绝缘;电缆接地点在互感器以下时,接地线应直接接地;接地点在互感器以上时,接地线应穿过互感器接地。这主要是为保证发生接地故障时有零序电流从互感器中流过,当电缆接地线该穿零序电流互感器时未穿,一些不该穿零序电流互感器的反倒穿了,就可能造成事故接地时零序保护不能正确动作。
针对此次事故,由于引风机的零序保护在运行过程动作,这说明引风机电源穿过零序互感器的动力电缆有零序电流通过。经对设备检查发现该电流不是故障电流,而是干扰电流或地网中的杂散电流。为防止动力电缆的零序互感器误动,应采取将动力电缆的钢铠层两端接地。因为电缆处在较为复杂、散乱的强磁场区,容易受杂散磁场的影响,从而在电缆芯线或者电缆的钢铠层上产生微弱的感应电流。将电缆的钢铠层两端接地,就可以在电缆芯线外部产生一层屏蔽,防止感应电流对动力电缆的零序互感器的影响。
4.2. 引风机误动作的原因分析
经进一步检查发现引风机电源高压电缆为三芯,钢铠及铜屏蔽层都接地,而屏蔽层采用的是两端接地。高压电缆钢铠层端部在零序互感器上方,当电缆接地点在互感器以下时,应将接地线按要求穿回零序互感器,以保证钢铠层接地线上流过零序电流互感器的感应电流被抵消,防止零序保护误动。该引风机电缆的钢铠接地编织软铜带一端与电缆铜屏蔽层及电缆铠装带连接后,由上往下穿过零序互感器后再接地。
2A引风机电机零序保护在1月27日已动作一次,分析其动作原因是“动力电缆的钢铠及屏蔽层的接地编织软铜带穿回不清晰,存在通过零序互感器分流的因素”。由于2A引风机一直处于运行状态,未能对该隐患进行及时确认和处理。2月14日2A引风机电机零序保护再次动作,经检查发现接地编织软铜带在按要求穿回零序互感器前已与固定钢架构接触。由于固定钢架构与接地网直接相连,进一步确认了其通过零序互感器分流因素的存在。在第一次零序保护动作后,虽然采取了临时预防措施,将零序保护定值提高到原定值的1.5倍,但未起到相应的作用,致使保护再次动作。
根据现场情况及各种故障信息,对2A吸风机跳闸原因分析如下:
1)直接原因
动力电缆的钢铠和屏蔽层的接地编织软铜带在按要求穿回零序互感器前已与固定接地钢架构接触,当动力电缆两侧接地网出现短暂的电位差时,流过零序电流互感器的电流未被抵消,造成零序保护误动。
2)间接原因
安装人员在2A引风机变频改造施工恢复,进行动力电缆接线时,接地编织软铜带的敷设与接线不符合规范要求。在第一次零序保护动作后,执行防范措施不及时到位。
5 防范措施
1)对6kV电缆钢铠及屏蔽层的接地线进行处理,在接地线与角钢之间加绝缘橡胶进行隔离。
2)校验保护装置灵敏度并考虑规程及配合问题,将2A引风机零序保护定值由10A(一次值)改为15A(一次值),将动作时间从0s延长至0.3s,以躲过暂态电流。
3)检查2A引风机变频室内设备接地与主厂房地网连接是否正常,选取多点进行测量,检查接地电阻是否合格。
6 结语
本文介绍了某电厂引风机跳闸零序保护误动作的检查处理经过,分析了零序保护误动作的原因,提出了在变频改造施工恢复及电力运行中预防零序保护误动作的有效措施。我们应当针对相应原因正确处理6kV电缆钢铠及屏蔽层的接地线,选择正确接地线穿过零序互感器的方式,校验保护装置的灵敏度及配合,以躲过暂态电流,尽可能减少零序保护的误动作,保障设备的安全稳定运行。

 

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