高压电动机保护继电器误动原因分析
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收稿日期:2005-01-25
作者简介:宋庆彬(1974-),男,河南鹿邑人,工程师,1995年毕业于中国矿业大学,现在郑煤集团东风电厂电气车间工作。
高压电动机保护继电器误动原因分析
宋庆彬,冯向民,修思刚
(郑煤集团公司东风电厂,河南新密 452371)
摘要:通过对发电厂高压电动机在遇到短路冲击时保护误动的分析,详细地阐述了LL-11(12)型继电器误动的直接原因和间接原因,并结合实际提出了解决办法,对同类电厂具有借鉴意义。
关键词:电动机;保护继电器;误动
中图分类号:TD 61115 文献标识码:B 文章编号:1003-0506(2005)03-0012-01
发电厂用高压电动机多选用LL-11(12)型反时限过流继电器,采用两相两继电器过电流保护作为电动机的主保护,来实现电动机的过电流和短路保护。
这种保护接线简单,动作相对可靠,能较好地满足高压电动机的保护要求,在发电厂6kV 高压电动机保护回路中被广泛采用。
但随着运行周期延长,在遇到外供电线路短路冲击时,常伴有高压电动机保护误动跳闸现象,给安全生产带来重大隐患。
1 故障现象
外部短路冲击时,特别是35k V 供电线路发生短路冲击的情况下,发电机出口电压迅速下降;部分发电机有/强励0信号出现,发电机无功功率输出基本没变;部分发电机/强励0没有启动,励磁调器的输出略有增加;部分厂用高压电动机保护动作跳闸。
2 故障原因及分析
事故发生后,技术人员针对故障现象进行了全面分析,认为外部短路冲击时,导致部分厂用高压电动机保护动作跳闸事故的原因可能有以下几种。
(1)电动机继电保护二次回路接线错误,使电动机保护继电器在遇到系统短路冲击时,误动跳闸。
(2)电动机电流互感器内部有匝间短路,导致电流互感器变比变小;或者在实际校验时,由于工作人员疏忽,导致电动机保护电流继电器实际校验动作值小于计算整定值,致使电动机在自启动时保护动作跳闸。
(3)电动机保护现用的继电器,内部元件老化,
启动接点氧化,特别是半导体元件热稳定性下降,经过长时间的运行后,继电器整体输出特性变化。
遇到电动机工作电流略有升高时,继电器误动。
(4)35kV 外供线路保护动作时限太长。
短路时,故障状态对发电机组的冲击时间相对较长,致使厂用6kV 母线残压较低,电动机自启动时,工作电流瞬间升高,加速电动机保护误动。
(5)发电机强行励磁回路异常。
短路时,发电机强励没能有效工作,致使厂用6kV 母线电压下降较多,恢复时间较长,导致电动机保护误动。
针对上述可能原因,技术人员进入现场逐项排查证实:电动机保护回路接线、电流互感器变比、继电器的实际校验值,均无错误。
最后将疑点锁定在电流继电器上,从LL-11(12)型过流继电器原理图(图1)看:正常情况下,启动元件的常闭触点Q 1将电容C 3短接。
当电流达到继电器的启动电流时,Q 继电器动作,Q 1断开,C 3经R 7、R 8开始充电,当C 3电压达到单节晶体管U J T 所需触发电压时,继电器动作。
电流增大时,继电器动作时间缩短。
如果电流达到瞬动回路所整定的动作电流倍数时,R 5的分压电压直接经D 7去启动U J T 构成继电器瞬动特性。
U J T 触发后,使J 动作,J 动作后使DZ 动作,断路器跳闸。
从短路冲击的瞬间继电器动作跳闸看,电动机保护为速断动作。
然而,短路瞬间电动机的工作电流不可能达到速断保护定值。
如果过电流使Q 启动,Q 1断开,然后对C 3充电,使继电器动作,动作时间一般较长,不可能瞬间跳闸。
Q 1接点的实际接触电阻为15608,远远大于继电器规程不大于28的要求。
这种情况下,在电动机正常工作电流下,电容C 3已被充电,一旦外界因素致使电动机工作电流瞬间增加,再次给电容C 3充电,
(下转第21页)
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12#2005年第3期 中州煤炭
总第135期
步选定容量为303kVar 、额定电流为30A 、电压等级为6kV 的全膜介质高压电容器。
3 补偿后的经济分析
311 补偿后的功率因数
cos U 2=I P /
I P 2
+(I q -I c )
2
=0186
该功率因数已超过额定功率因数值,能够起到无功补偿的作用。
312 补偿装置的初期投资
补偿装置可采用全膜介质高压电容器,该种电容器以聚丙烯薄蜡为介,真空镀银为电极,卷制后,经真空处理置于塑料盒内,用热固树脂密封,组装在钢盒内,且内充不燃、惰性、无毒的天然物颗料。
不炸、不燃,也不会产生有害、有毒气体,有自愈能力,在局部弱点被击穿后,能立即恢复功能,有良好的稳定性和耐涌流能力。
按目前市场情况,该种补偿装置单位容量价格为80元/kV ar ,由于采用的是就地补偿,不需要复杂的控制保护设备,可直接利用现有的高压开关柜进行操作,故仅考虑补偿设备的投入而不计算其他(安装、线材、调试)投入,这套设备初期投资为21424万元。
313 节约电量的分析计算
随着功率因数的提高,在负荷不变的情况下,有功功率和有功电流恒定,而无功功率和线路总电流减少,从而减少线路损耗和电能。
线路总电流I E =(I P cos U )2+(I q sin U )2。
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机现场测得线路补偿前总电流I E1为43A 、电压为6kV,平均日耗电量9630k W h 。
(1)补偿前电流值
有功电流I P1=I E1cos U 1=3011A 无功电流I q 1=I E1sin U 1=30171A (2)补偿后电流值有功电流I P2=I P1=3011A 无功电流I q 2=I P2tan U 2=17186A 线路总电流I E2=I P2/cos U 2=35A (3)补偿后节电比率
A 2/A 1=I E2/I E1=35/43=01814
即补偿后用电量为原用电量的8114%,可节约电能1816%。
按日均9630k W h 计算,则年节约电量为6415万k W h 。
(责任编辑:林春凤)
(上接第12页) 继电器就会在较短的时间内动作,造成保护误动。
接下来,对继电器进行加电流试验,以模拟继电器经过长期带负荷运行下的半导体元件的热稳定性,经过
4h 的试验,发现单节晶体管U J T 的峰值触发电压下降。
至此,继电器误动的原因基本定性。
图1 LL -11(12)型电流继电器原理
另外,我们认为(4)、(5)两条原因也是造成电动机保护误动的间接原因。
35k V 外供线路较长,
用户侧短路时,开关拒跳越级该厂35kV 系统的现象时有发生,而该厂35kV 线路采用/电流启动电压限时速断0作为线路的主保护,从保护启动到断路
器跳闸切除故障点,时间较长,对该厂电气系统冲击较大。
从短路瞬间发电机电压下降的实际情况看,发电机的/强行励磁0都应动作,而实际上发电机/强行励磁0没有发挥应有的效果。
这样就势必导致发生线路短路时,6kV 厂用母线电压下降较多,恢复时间相对较长,增大了电动机自启动工作电流,增大了电动机保护误动的机率。
3 解决办法
(1)在主要辅机保护回路中,选用特性更加稳定的XL -12型反时限电流继电器替代LL -11(12)型。
在次要辅机保护回路还在使用的LL -11(12)型继电器,采用缩短校验周期,且在校验中对Q 1接点的氧化和接触电阻情况做重点检查。
(2)改造35kV 外供线路的保护回路。
将/电
流启动电压限时速断0改为/电流启动电压瞬时速断0,缩短短路状态对电厂电气系统的冲击时间。
(3)对发电机的强行励磁回路认真检查。
重新对发电机强励启动继电器的定值及特性进行复核,确保发电机强励回路的一致性、可靠性。
(责任编辑:郭海霞)
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21#2005年第3期 邢 功:风井电动机无功功率补偿分析 总第135期。