反時限過電流保護(hù)誤動原因分析及對策

1概述

鄭州煤炭產(chǎn)業(yè)團(tuán)體有限責(zé)任公司東風(fēng)電廠是企業(yè)的自備電廠，發(fā)電機(jī)以“發(fā)電機(jī)—變壓器組”單元接線方式經(jīng)三繞組變壓器與110KV電網(wǎng)系統(tǒng)和35KV供電母線系統(tǒng)相連接，廠用工作電源通過廠用饋線取自變壓器6KV側(cè)。其一次系統(tǒng)簡圖如圖1。東風(fēng)電廠發(fā)電機(jī)組已經(jīng)投運(yùn)了十年，電廠的機(jī)組監(jiān)測和控制選用的儀器和設(shè)備大多是科技含量低的產(chǎn)品，性能不夠完善，穩(wěn)定性較差。廠用高壓電機(jī)采用兩相兩繼電器過電流保護(hù)作為電動機(jī)的主保護(hù)，電流繼電器選用LL—11型反時限過電流繼電器，為電動機(jī)提供過電流和速斷保護(hù)。2004年，由于華鑫鋁廠供電線路短路沖擊，東風(fēng)電廠廠用電工作電壓下降較多，LL-11型反時間繼電器誤動，1#鍋爐送風(fēng)機(jī)跳閘，1#鍋爐滅火。電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量儀| 光度計| 電壓計| 電流計| 

2 存在的題目分析

2004年以來，共出現(xiàn)了2次類似事故，故障現(xiàn)象基本相同，皆為35KV供電線路短路沖擊所引起。事故發(fā)生后，廠有關(guān)技術(shù)職員針對故障現(xiàn)象進(jìn)行了全面討論分析，并對1#鍋爐送風(fēng)機(jī)保護(hù)二次回路具體檢查，排除了以下幾個方面的原因：電動機(jī)繼電保護(hù)二次接線錯誤;電動機(jī)電流互感器內(nèi)部有匝間短路，導(dǎo)致電流互感器變比變小;電動機(jī)用電流繼電器，保護(hù)定值誤整定等。東風(fēng)電廠委托河南豫電電力工程設(shè)計事務(wù)所對鄭媒團(tuán)體內(nèi)部電網(wǎng)的電力系統(tǒng)潮流分析計算，針對可能發(fā)生的運(yùn)行方式和故障特點(diǎn)進(jìn)行防真試驗，另一方面將LL—11型反時限過電流繼電器送到生產(chǎn)廠家進(jìn)行繼電器校驗。試驗及校驗結(jié)果顯示，繼電器誤動的原因可回納為以下三個方面。工具包| 工具箱| 零件盒| 其它儀器| 鉆頭| 六角扳手| 鉗子| 斜嘴鉗| 尖嘴鉗|

2.1 發(fā)電機(jī)出口電壓迅速下降

外部供電線路短路時，發(fā)電機(jī)控制屏固然出現(xiàn)了“強(qiáng)勵動作”信號，但是在短路時，1#、2#、3#、4#發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵沒能有效工作，已投運(yùn)的四臺發(fā)電機(jī)組的勵磁系統(tǒng)均采用直流勵磁機(jī)勵磁方式，發(fā)電機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)裝置采用的KFD-3裝置，KFD-3勵磁調(diào)節(jié)裝置已運(yùn)行了十年，由于磁性能的改變而起不到強(qiáng)勵的作用，致使廠用6KV工作母線電壓下降較多。異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是與其端電壓的平方成正比的，當(dāng)電壓降低10%時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)矩大約要降低19%。假如電動機(jī)拖動的機(jī)械負(fù)載不變，電壓降低時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差增大，定子電流也隨之增大，這是導(dǎo)致電機(jī)保護(hù)誤動重要因素

2.2 35KV線路保護(hù)動作時限長

電廠35KV線路采用電“電流閉鎖電壓限時速斷”作為線路的主保護(hù)，速斷動作時間為0.5秒。從保護(hù)啟動到斷路器跳閘切除故障點(diǎn)，時間較長，導(dǎo)致廠用6KV母線殘壓較低，經(jīng)短路電流計算，短路時6KV廠用母線電壓殘壓僅為3.4KV，對該廠電氣系統(tǒng)沖擊較大。由于6KV廠用母線電壓下降較多，電動機(jī)工作電流瞬間升高，從而增大了電動機(jī)保護(hù)誤動的機(jī)率。

2.3 電動機(jī)的保護(hù)繼電器觸點(diǎn)氧化

電動機(jī)保護(hù)現(xiàn)用的繼電器已運(yùn)行了十年，內(nèi)部元件老化，啟動接點(diǎn)氧化，特別是半導(dǎo)體元件熱穩(wěn)定性下降，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行后，繼電器整體輸出特性變化。碰到電動機(jī)工作電流忽然升高時，繼電器誤動。

從LL—11（12）型過流繼電器原理圖（圖2）看：正常情況下，啟動元件的動斷觸點(diǎn)Q1將電容 C3短接。當(dāng)電流為繼電器動作電流時，Q繼電器動作，發(fā)光二極管JD亮，Q1斷開，C3經(jīng)R7、R8開始充電。此時給 C3充電的電壓最小，因此達(dá)到觸發(fā)UJT所需電壓的充電時間(即繼電器動作時間)最長。當(dāng)電流增大時，此時間將相應(yīng)縮短，構(gòu)成反時限特性。調(diào)整電位器R7即可改變繼電器動作時間的整定值。如電流達(dá)到瞬動回路所整定的動作電流倍數(shù)時，R5的分壓電壓直接經(jīng)D7往觸發(fā)UJT構(gòu)成繼電器的瞬動特性。調(diào)整電位器R5 即可改變瞬動回路的動作電流倍數(shù)。UJT觸發(fā)后使J動作，J動作使DZ動作，斷路器跳閘，電流消失，繼電器返回 。如J還未來得及動作，啟動元件Q就因電流降低而返回，則繼電器不會動作。

從短路沖擊的瞬間，繼電器動作跳閘看，電動機(jī)保護(hù)為速斷動作，然而，短路瞬間電動機(jī)的工作電流不可能達(dá)到速斷保護(hù)定值。假如，過電流使Q啟動，Q1斷開，然后對C3充電，使繼電器動作，動作時間一般較長，不可能瞬間跳閘。經(jīng)測試Q1接點(diǎn)的實際接觸電阻為760歐，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于繼電器規(guī)程不大于2歐的要求。因Q1接點(diǎn)氧化接觸不良，而使C3在正常的工作電流時，已被充電，然后，在瞬間增加的工作電流下，致使C3又迅速充電，這種情況下，在電動機(jī)正常工作電流下，電容C3已被充電，一旦，外界因素致使電動機(jī)工作電流瞬間增加，再次給電容C3充電，繼電器就會在較短的時間內(nèi)動作，造成保護(hù)誤動。接下來，對繼電器進(jìn)行加電流試驗，以模擬繼電器經(jīng)過長期帶負(fù)荷運(yùn)行下的半導(dǎo)體元件的熱穩(wěn)定性，經(jīng)過4小時的試驗，發(fā)現(xiàn)單節(jié)晶體管UJT的峰值觸發(fā)電壓下降。

3改進(jìn)對策

3.1對4臺機(jī)的強(qiáng)勵回路進(jìn)行認(rèn)真檢查，重新對強(qiáng)勵啟動繼電器的定值及特性進(jìn)行復(fù)核，確保了四臺機(jī)組強(qiáng)勵回路的一致性、可靠性。自備電廠發(fā)電機(jī)同軸的直流勵磁機(jī)本體運(yùn)行狀況良好，只需更換自動勵磁調(diào)節(jié)器即可滿足發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。KMLB-JY可控硅勵磁裝置已廣泛應(yīng)用于火電、水電發(fā)電機(jī)組，特別是用于機(jī)組勵磁系統(tǒng)的改造，取得了良好的效果。該廠有四臺發(fā)電機(jī)組，為了進(jìn)步機(jī)組的運(yùn)行可靠性，應(yīng)增設(shè)備用勵磁系統(tǒng)，在發(fā)電機(jī)組勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障一時又無法修復(fù)的情況下，啟動備用勵磁系統(tǒng)。規(guī)程也有明確有規(guī)定，當(dāng)發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)為同軸直流發(fā)電機(jī)供電時，對于地區(qū)重要的發(fā)電廠或發(fā)電機(jī)臺數(shù)為3臺及以上的發(fā)電廠，可裝設(shè)一套備用勵磁裝置。東風(fēng)電廠在發(fā)電機(jī)臺數(shù)上和其重要性上，都必須裝設(shè)備用勵磁系統(tǒng)。工作特性滿足四臺機(jī)組中的任一臺發(fā)電機(jī)勵磁的要求，還能很方便地切換供給任一發(fā)電機(jī)勵磁。

3.2 對35KV外供線路的保護(hù)回路進(jìn)行改造。將“電流閉鎖電壓限時速斷”改為“電流閉鎖電壓瞬時速斷”。保護(hù)的動作時限為0秒，縮短外供線路短路時對該廠電力系統(tǒng)的沖擊時間。

3.3 在主要輔機(jī)保護(hù)回路中，選用特性更加穩(wěn)定的SL—12 型反時限電流繼電器替換LL—11（12）型。改造的繼電器選用SL－12/12型兩相過流繼電器。該繼電器為集成電路兩相反時限過電流繼電器，應(yīng)用在交流電力系統(tǒng)，作為電機(jī)、變壓器及輸電線的過負(fù)荷和短路保護(hù)。動作電流整定值為3～12A,10倍動作電流下的反時限延時時間為1～16S,速動電流整定值倍數(shù)為2～20倍，在動作電流整定值范圍內(nèi)，反時限延時特性上任一點(diǎn)的延時時限均能得到精確的控制。這種繼電用具有自動選擇兩相中故障較嚴(yán)重的一相作為保護(hù)對象的功能，兩相的動作電流可分別整定。

繼電器的動作原理是輸進(jìn)電流信號經(jīng)過電流互感器，整流濾波后，由選通器選通故障電流較大的一相，并將電流信號分別送到速動啟動，及反時限回路，假如繼電器的輸進(jìn)電流大于動作整定值，則啟動回路動作，啟動反時限延時回路，達(dá)到預(yù)定的時間后，立即出口跳閘。假如繼電器的輸進(jìn)的電流很大，達(dá)到或超過速動電流整定值，則繼電器不經(jīng)過反時限延時，在很短的時間內(nèi)出口跳閘。該繼電器與LL－12/10系列反時限過流繼電器相比具有電流回路消耗小、精度高，便于現(xiàn)場整定等優(yōu)點(diǎn)，其良好的可靠性，大大降低了保護(hù)的誤動率。即滿足設(shè)備保護(hù)性能要求，又便于改造安裝。

4 結(jié)論

4.1更換勵磁調(diào)節(jié)器，當(dāng)外部系統(tǒng)故障沖擊時，母線電壓在故障切除2秒內(nèi)恢復(fù)到正常電壓水平，發(fā)電機(jī)組不失步。
4.2 35KV線路保護(hù)動作時間減少了。保護(hù)的動作時限僅為斷路器的固有動作時限，減少了對電廠內(nèi)部的沖擊。電廠能迅速切除與故障點(diǎn)的聯(lián)接。
4.3廠用電高壓輔機(jī)的保護(hù)繼電器改造后，即滿足設(shè)備保護(hù)性能要求，又便于改造安裝。進(jìn)步了保護(hù)的可靠性。

自2004年底改造完成后，2005年經(jīng)歷了幾次較大的外部供電線路短路沖擊，電廠運(yùn)行情況正常，沒有再出現(xiàn)類似事故的發(fā)生。