150萬方壓縮機4800kW驅(qū)動電機速斷跳閘原因分析

2 背景資料
山西煤層氣中央處理廠位于山西省晉城市、沁水縣、端氏鎮(zhèn)，是國內(nèi)第一座煤層氣處理廠。它對整個沁水盆地煤層氣進行集中處理并外輸。

目前中央處理廠設(shè)有4臺往復(fù)式壓縮機組,1號、2號壓縮機組處理能力為50×104m3/d，驅(qū)動電機額定功率為1600kW，電壓等級為10kV； 3號、4號壓縮機組處理能力為150×104m3/d，驅(qū)動電機額定功率為4800kW（設(shè)有縱聯(lián)差動保護），電壓等級為10kV。

該廠2009年投產(chǎn)，投產(chǎn)初期1號、2號壓縮機組運行。隨著煤層氣產(chǎn)量增加，3號壓縮機組于2010年7月投入運行。

2010年7月31日凌晨4點35分，3號壓縮機組驅(qū)動電機電源側(cè)斷路器電流速斷保護跳閘，跳閘電流為：IA=1300A，IB=2600A，IC=900A。3號壓縮機組停機后，運行人員使用綜合保護檢測儀對驅(qū)動電機電源側(cè)綜合保護裝置進行了模擬測試，使用直流電阻測試儀對驅(qū)動電機三相電阻進行了測量，測試結(jié)果正常。

運行人員根據(jù)現(xiàn)場情況進行討論，初步判斷3號壓縮機組驅(qū)動電機電源側(cè)電流互感器出現(xiàn)故障，決定將4號壓縮機組驅(qū)動電機電源側(cè)電流互感器調(diào)至3號壓縮機組驅(qū)動電機電源側(cè)。.

7月31日下午16點30分起動3號壓縮機組。

7月31日17點15分，3號壓縮機組驅(qū)動電機電源側(cè)斷路器再次電流速斷保護跳閘，跳閘電流為：IA=2800A，IB=1700A，IC=600A。

運行人員經(jīng)過再次分析，認(rèn)為驅(qū)動電機綜合保護裝置或驅(qū)動電機出現(xiàn)故障。8月3日綜合保護裝置廠家、驅(qū)動電機廠家派技術(shù)人員到達現(xiàn)場，對驅(qū)動電機綜合保護裝置重新進行模擬實驗，對驅(qū)動電機重新進行接地和絕緣測量，并打開視窗對驅(qū)動電機內(nèi)部進行檢查，未查出任何故障。

8月3日下午15點運行人員再次將3號壓縮機組投入運行，3號壓縮機組空載運行1小時，未見異常，加載運行3小時后，驅(qū)動電機電源側(cè)斷路器再次電流速斷保護跳閘，跳閘電流為：IA=2540A，IB=2700A，IC=1240A。

3 跳閘原因分析及處理措施
3.1跳閘原因分析

經(jīng)過對3號壓縮機組驅(qū)動電機電源側(cè)斷路器幾次跳閘記錄分析，并查看驅(qū)動電機綜合保護裝置錄波記錄，運行人員發(fā)現(xiàn)3號壓縮機組驅(qū)動電機電源側(cè)斷路器每次電流速斷保護跳閘時，驅(qū)動電機母線電壓均未發(fā)生變化。因此，我們初步判斷3號壓縮機組驅(qū)動電機綜合保護裝置速斷電流跳閘信號為虛信號。

8月5日，運行人員將3號壓縮機組驅(qū)動電機側(cè)電流互感器與驅(qū)動電機綜合保護裝置之間的信號線斷開，即將3號壓縮機組驅(qū)動電機綜合保護裝置差動保護停用，然后重新將3號壓縮機組投入運行，3號壓縮機組運行72小時，一切正常。經(jīng)過此次運行，我們確定3號壓縮機組驅(qū)動電機綜合保護裝置速斷電流跳閘信號為虛信號。

綜合保護裝置速斷電流跳閘虛信號產(chǎn)生原因分析：

a、電位差產(chǎn)生虛電流信號

目前，國內(nèi)大型電動機縱聯(lián)差動保護接線形式如圖1所示。即電動機電源高壓開關(guān)柜內(nèi)及電動機定子線圈中性點附近各裝3只電流互感器，其極性使二次側(cè)電流在二次回路內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，而不平衡電流流入差動繼電器(如圖1)。

圖1 通用式大型電動機縱差保護接線圖

1LH、2LH:電流互感器差動保護級二次線圈；

1kD~3kD:差動繼電器，kDD為差動保護二次回路斷

線監(jiān)察繼電器；

U1:電源側(cè)電流互感器器接地電壓；

U2:電機側(cè)側(cè)電流互感器器接地電壓。

3號壓縮機組驅(qū)動電機側(cè)電流互感器安裝在中性點接線箱內(nèi)，中性點接線箱隨驅(qū)動電機附帶，驅(qū)動電機電源側(cè)電流互感器及綜合保護裝置安裝于高壓配電室高壓開關(guān)柜內(nèi)，驅(qū)動電機與高壓開關(guān)柜之間距離約為300m。

如圖1所示，運行人員現(xiàn)場測量U1與U2電位差約為5V，因為這個電位差的存在，所以產(chǎn)生Io。驅(qū)動電機側(cè)中性點接線箱與驅(qū)動電機綜合保護裝置間的信號電纜為2.5mm2銅芯電纜，信號電纜單位阻抗為6.88×10-3Ω/m。

信號電纜內(nèi)阻R﹦6.88×300÷1000﹦2.064A，

Io﹦（U1－U2）÷R﹦5÷2.064 ﹦2.42A。

即驅(qū)動電機電源側(cè)電流互感器二次側(cè)三相電流矢量和Ia﹢Ib﹢Ic﹦Io﹦2.42A。

反映到驅(qū)動電機電源側(cè)電流互感器一次側(cè)電流

矢量和即IA﹢IB﹢IC﹦IO﹦Io×（500÷5）﹦2.42×（500÷5）﹦242A。

當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，3號壓縮機組驅(qū)動電機仍在正常運行，驅(qū)動電機實際運行一次電流值仍為三相平衡電流，而驅(qū)動電機電源側(cè)電流互感器二次側(cè)三相電流嚴(yán)重偏離電機實際運行值，這個值一般是電機額定電流的2~10倍。

由于這個值遠遠超過了3號壓縮機組驅(qū)動電機綜合保護裝置電流速斷保護設(shè)定值，當(dāng)此數(shù)據(jù)上傳至驅(qū)動電機綜合保護裝置時，驅(qū)動電機電源電源側(cè)斷路器速斷保護跳閘。

b、通信干擾

<<電力工程電纜設(shè)計規(guī)范>>GB 50217-2007規(guī)定：抑制電氣干擾強度的弱電回路控制和信號電纜，當(dāng)需要時可采取下列措施：

1、 與電力電纜并行附設(shè)時相互間距，在可能范圍內(nèi)宜遠離；對電壓高、電流大的電力電纜間距宜更遠。

2、敷設(shè)于配電裝置內(nèi)的控制和信號電纜，與耦合電容器或電容式電壓互感器、避雷器或避雷針接地處的距離，宜在可能范圍內(nèi)遠離。

中央處理廠建有1座高壓配電室，3號壓縮機組驅(qū)動電機電源測斷路器速斷跳閘后，運行人員對高壓配電室電纜溝內(nèi)電纜敷設(shè)情況進行檢查，發(fā)現(xiàn)溝內(nèi)控制電纜、信號電纜、高低壓動力電纜多處纏繞敷設(shè)，信號電纜多處緊靠電壓互感器、避雷器、電容補償裝置。以上電纜敷設(shè)方式均可導(dǎo)致信號電纜內(nèi)產(chǎn)生干擾信號。

3.2處理措施

a、清除電位差產(chǎn)生的虛電流信號

如圖2所示，斷開U2接地點，使U1、U2統(tǒng)一在驅(qū)動電機電源側(cè)高壓開關(guān)柜內(nèi)進行接地，這樣U1、U2為一個電位，消除了電位差，即U1－U2=0，因此I0=0，即驅(qū)動電機電源側(cè)電流互感器二次側(cè)三相電流矢量和為0，反映到驅(qū)動電機電源側(cè)電流互感器一次側(cè)電流矢量和IO=0。

此時，驅(qū)動電機電源側(cè)電流互感器二次側(cè)三相電流反映了驅(qū)動電機的實際運行值。

圖2 處理廠4800kW驅(qū)動電機改進后縱差保護接線圖

1LH、2LH:電流互感器差動保護級二次線圈；

1kD~3Kd:差動繼電器，kDD為差動保護二次回路斷

線監(jiān)察繼電器；

U1:電源側(cè)電流互感器器接地電壓；

U2:電機側(cè)側(cè)電流互感器器接地電壓。

b、清除通信干擾

打開高壓配電室電纜溝，按照規(guī)范要求對電纜重新排列布置，確保從驅(qū)動電機側(cè)中性點接線箱引至高壓開關(guān)柜的電流信號電纜遠離電壓互感器、避雷器、電容補償裝置等干擾源，消除干擾信號。

經(jīng)過以上處理后，重新對3號壓縮機組進行投運，3號壓縮機組運行至今，驅(qū)動電機電源側(cè)斷路器未出現(xiàn)任何形式跳閘。

4 結(jié)論
a、大功率電機采用通用式縱差動保護，要根

據(jù)現(xiàn)場實際情況，充分考慮驅(qū)動電機電源側(cè)與電機側(cè)異地電位，對驅(qū)動電機電源側(cè)與電機側(cè)電流互感器合理接地。

b、在工程設(shè)計、施工以及驗收中嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，特別是強制性條款不容忽視。控制電纜、信號電纜、高低壓動力電纜同溝敷設(shè)時，電纜間安全距離一定要滿足規(guī)范要求。

參考文獻

[1] 劉學(xué)軍主編《繼電保護原理》中國電力出版社,2004.

[2] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院 組編《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》第三版 中國電力出版社,2005.

[3] 中國電力工程顧問集團西南電力設(shè)計院. GB-50217-2007電力工程電纜設(shè)計規(guī)范[S]. 北京: 中國設(shè)計出版社,2008.