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150万方压缩机4800kW驱动电机速断跳闸原因分析 |
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作者：王明 陈金艳 冯亚军 |
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摘要：根据山西煤层气中央处理厂150万方压缩机4800kW驱动电机跳闸记录，结合驱动电机一次、二次接线形式，分析了驱动电机速断跳闸的原因，解决了驱动电机跳闸问题，保证了中央处理厂正常生产。
关键词：差动保护；不平衡电流；接地
1 引言
对于工业用电动机，额定功率小于2000kW时，一般可以装设电流速断保护。额定功率在2000kW及其以上的电动机，或额定功率小于2000kW，且电流速断保护不能满足灵敏系数要求时，应装设纵联差动保护。
2 背景资料
山西煤层气中央处理厂位于山西省晋城市、沁水县、端氏镇，是国内第一座煤层气处理厂。它对整个沁水盆地煤层气进行集中处理并外输。
目前中央处理厂设有4台往复式压缩机组,1号、2号压缩机组处理能力为50×104m3/d，驱动电机额定功率为1600kW，电压等级为10kV； 3号、4号压缩机组处理能力为150×104m3/d，驱动电机额定功率为4800kW（设有纵联差动保护），电压等级为10kV。
该厂2009年投产，投产初期1号、2号压缩机组运行。随着煤层气产量增加，3号压缩机组于2010年7月投入运行。
2010年7月31日凌晨4点35分，3号压缩机组驱动电机电源侧断路器电流速断保护跳闸，跳闸电流为：IA=1300A，IB=2600A，IC=900A。3号压缩机组停机后，运行人员使用综合保护检测仪对驱动电机电源侧综合保护装置进行了模拟测试，使用直流电阻测试仪对驱动电机三相电阻进行了测量，测试结果正常。
运行人员根据现场情况进行讨论，初步判断3号压缩机组驱动电机电源侧电流互感器出现故障，决定将4号压缩机组驱动电机电源侧电流互感器调至3号压缩机组驱动电机电源侧。
7月31日下午16点30分起动3号压缩机组。
7月31日17点15分，3号压缩机组驱动电机电源侧断路器再次电流速断保护跳闸，跳闸电流为：IA=2800A，IB=1700A，IC=600A。
运行人员经过再次分析，认为驱动电机综合保护装置或驱动电机出现故障。8月3日综合保护装置厂家、驱动电机厂家派技术人员到达现场，对驱动电机综合保护装置重新进行模拟实验，对驱动电机重新进行接地和绝缘测量，并打开视窗对驱动电机内部进行检查，未查出任何故障。
8月3日下午15点运行人员再次将3号压缩机组投入运行，3号压缩机组空载运行1小时，未见异常，加载运行3小时后，驱动电机电源侧断路器再次电流速断保护跳闸，跳闸电流为：IA=2540A，IB=2700A，IC=1240A。
3 跳闸原因分析及处理措施
3.1跳闸原因分析
经过对3号压缩机组驱动电机电源侧断路器几次跳闸记录分析，并查看驱动电机综合保护装置录波记录，运行人员发现3号压缩机组驱动电机电源侧断路器每次电流速断保护跳闸时，驱动电机母线电压均未发生变化。因此，我们初步判断3号压缩机组驱动电机综合保护装置速断电流跳闸信号为虚信号。
8月5日，运行人员将3号压缩机组驱动电机侧电流互感器与驱动电机综合保护装置之间的信号线断开，即将3号压缩机组驱动电机综合保护装置差动保护停用，然后重新将3号压缩机组投入运行，3号压缩机组运行72小时，一切正常。经过此次运行，我们确定3号压缩机组驱动电机综合保护装置速断电流跳闸信号为虚信号。
综合保护装置速断电流跳闸虚信号产生原因分析：
a、电位差产生虚电流信号
目前，国内大型电动机纵联差动保护接线形式如图1所示。即电动机电源高压开关柜内及电动机定子线圈中性点附近各装3只电流互感器，其极性使二次侧电流在二次回路内产生环流，而不平衡电流流入差动继电器(如图1)。
图1 通用式大型电动机纵差保护接线图
1LH、2LH:电流互感器差动保护级二次线圈； 1kD~3kD:差动继电器，kDD为差动保护二次回路断线监察继电器； U1:电源侧电流互感器器接地电压； U2:电机侧侧电流互感器器接地电压。
3号压缩机组驱动电机侧电流互感器安装在中性点接线箱内，中性点接线箱随驱动电机附带，驱动电机电源侧电流互感器及综合保护装置安装于高压配电室高压开关柜内，驱动电机与高压开关柜之间距离约为300m。
如图1所示，运行人员现场测量U1与U2电位差约为5V，因为这个电位差的存在，所以产生Io。驱动电机侧中性点接线箱与驱动电机综合保护装置间的信号电缆为2.5mm2铜芯电缆，信号电缆单位阻抗为6.88×10-3Ω/m。
信号电缆内阻R﹦6.88×300÷1000﹦2.064A，
Io﹦（U1－U2）÷R﹦5÷2.064 ﹦2.42A。
即驱动电机电源侧电流互感器二次侧三相电流矢量和Ia﹢Ib﹢Ic﹦Io﹦2.42A。
反映到驱动电机电源侧电流互感器一次侧电流
矢量和即IA﹢IB﹢IC﹦IO﹦Io×（500÷5）﹦2.42×（500÷5）﹦242A。
当出现这种情况时，3号压缩机组驱动电机仍在正常运行，驱动电机实际运行一次电流值仍为三相平衡电流，而驱动电机电源侧电流互感器二次侧三相电流严重偏离电机实际运行值，这个值一般是电机额定电流的2~10倍。
由于这个值远远超过了3号压缩机组驱动电机综合保护装置电流速断保护设定值，当此数据上传至驱动电机综合保护装置时，驱动电机电源电源侧断路器速断保护跳闸。
b、通信干扰
<<电力工程电缆设计规范>>GB 50217-2007规定：抑制电气干扰强度的弱电回路控制和信号电缆，当需要时可采取下列措施：
1、 与电力电缆并行附设时相互间距，在可能范围内宜远离；对电压高、电流大的电力电缆间距宜更远。
2、敷设于配电装置内的控制和信号电缆，与耦合电容器或电容式电压互感器、避雷器或避雷针接地处的距离，宜在可能范围内远离。
中央处理厂建有1座高压配电室，3号压缩机组驱动电机电源测断路器速断跳闸后，运行人员对高压配电室电缆沟内电缆敷设情况进行检查，发现沟内控制电缆、信号电缆、高低压动力电缆多处缠绕敷设，信号电缆多处紧靠电压互感器、避雷器、电容补偿装置。以上电缆敷设方式均可导致信号电缆内产生干扰信号。
3.2处理措施
a、清除电位差产生的虚电流信号
如图2所示，断开U2接地点，使U1、U2统一在驱动电机电源侧高压开关柜内进行接地，这样U1、U2为一个电位，消除了电位差，即U1－U2=0，因此I0=0，即驱动电机电源侧电流互感器二次侧三相电流矢量和为0，反映到驱动电机电源侧电流互感器一次侧电流矢量和IO=0。
此时，驱动电机电源侧电流互感器二次侧三相电流反映了驱动电机的实际运行值。
b、清除通信干扰
打开高压配电室电缆沟，按照规范要求对电缆重新排列布置，确保从驱动电机侧中性点接线箱引至高压开关柜的电流信号电缆远离电压互感器、避雷器、电容补偿装置等干扰源，消除干扰信号。
经过以上处理后，重新对3号压缩机组进行投运，3号压缩机组运行至今，驱动电机电源侧断路器未出现任何形式跳闸。
4 结论
a、大功率电机采用通用式纵差动保护，要根据现场实际情况，充分考虑驱动电机电源侧与电机侧异地电位，对驱动电机电源侧与电机侧电流互感器合理接地。
b、在工程设计、施工以及验收中严格执行国家标准和规范，特别是强制性条款不容忽视。控制电缆、信号电缆、高低压动力电缆同沟敷设时，电缆间安全距离一定要满足规范要求。
参考文献
[1] 刘学军主编《继电保护原理》中国电力出版社,2004.
[2] 中国航空工业规划设计研究院 组编《工业与民用配电设计手册》第三版 中国电力出版社,2005.
[3] 中国电力工程顾问集团西南电力设计院. GB-50217-2007电力工程电缆设计规范[S]. 北京: 中国设计出版社,2008.
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(7/7/2011) |
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