万家寨引黄工程泵站机组的差动保护动作分析及改进措施
2月9日8点左右 ， 南二泵站4#机启动过程中6#电机差动保护动作 ， 机组停机 。 经试验分析 ， 证明由于接线方式不合理 ， 电机两侧三相采样电流的中性点不一致 ， 导致区外故障时 ， 保护装置的差电流越限 ， 差动保护出口跳闸动作 。
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2月9日8点左右 ， 南二泵站4#机启动过程中6#电机差动保护动作 ， 机组停机 。
一、故障现象
7：52 ， 南二泵站6号机组定速运行1分钟后 ， 1号SFC带4号机正在启动 ， 6#机组保护“TRIP”灯亮 ， 机组差动保护动作 。 LCU的GP画面显示如下:ELECTRICALPOWERHEAVYFAULT,OVERALLDIFFERENTPROTECTION(87-SM),SR469HEAVYFAULT 。
保护装置SR469的动作事件数据如下：电机A相电流729A ， B相电流636A ， C相电流813A ， A相电压5.668kV ， B相电压5.678kV ， C相电压5.683kV ， AB线电压9.825kV ， BC线电压9.705kV ， CA线电压9.638kV ， A相差电流151A ， B相差电流0A ， C相差电流0A 。
10kV配电室6#机组进线开关5613跳闸 。
二、设备检查
1．6号电机一次设备及机坑内没有闻到异味 ， 电机本体及各部分温度显示正常 ， 电机进出线电缆没有放电痕迹 ， 电流互感器没有发现异常 。 对6#机本体、6#电机进线开关5613到6#电机主端子箱的进出线电缆、6#电机电压互感器、6#电机过电压吸收器、避雷器等主设备进行试验 ， 相关试验数据合格 。
2．6号电机保护装置SR469外观检查正常 ， 接线端子牢固无过流发热痕迹 ， 二次回路设备没有闻到异味 。
3．下载和分析主机保护装置SR469故障记录、泵站故障录波记录、SCADA系统电气系统趋势图相关电气量趋势图：
1）从6#主机保护装置SR469下载故障时的事件记录以及主机端电压及各相电流波形数据：A相差电流为151A 。
2）从110kV故障录波器中调取并下载故障发生时的事件记录及故障发生时的110kV、10kV母线电流波形：显示故障发生时 ， 10kVA相有明显的差电流 ， A、B相电流明显偏向时间轴的上半轴 ， C相偏向时间轴的下半轴 ， 而差电流完全在时间轴的上方 ， 差电流时间持续七个周波 。 6号电机发生故障同时 ， 110kV母线ABC三相电流发生突变 ， 发生突变的时间与机组差动保护动作时间一致 。
3)从SCADA系统电气系统趋势图中调取故障发生时线路163开关三相电流趋势图：显示在故障发生时 ， 三相电流都发生了突变 。
通过上述故障记录及波形判读 ， 可确定6号电机保护装置SR469确实有差动电流流入 ， A相差电流为151A ， 且差电流持续时间长达七个周波 ， 由于差动保护定值为84A ， A相差电流超过定值 ， 使保护动作 。
4．回路检查
2月11日和14日 ， 对照日方所供图纸对南二泵站6号机差动保护二次回路进行了检查和确认 ， 发现6号电动机差动保护回路电动机进线电源开关5613侧差动回路电流互感器的N线悬空（现场接法与日方东芝公司提供的图纸一致 ， 见图一） 。
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图一电动机保护二次接线图
5．6#机组SR469保护装置试验
1）试验方法
（1）按照日方电动机保护二次接线图（见图一） ， 用6个变比为40/1的电流互感器来替代6号机组进线侧和出线侧的差动回路CT 。
（2）进线侧CT采用星形接法 ， 三相电流线接入保护装置 ， 而中性线N点悬空 ， 不接入保护装置；出线侧CT也采用星形接法 ， 三相电流线和N线都接入保护装置 。
（3）使用继电保护测试仪P30作为电源 ， 电流输出线穿过CT的一次侧并通过小电阻接通 。 试验中 ， 继电保护测试仪输出相位、相数、大小均可调的三相电流 ， 模拟实际电动机的负载电流 。
（4）模拟接线图（见图二）
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图二SR469差动保护试验实验室接线图
2）试验步骤和结果
试验所用SR469加入和泵站一样的定值 。 鉴于泵站现场CT变比为1200/1 ， 试验所用CT变比为40/1 ， 所以试验所加一次侧电流相当于现场电流30倍 。
（1）CT一次侧加入三相平衡电流 ， 即三相电流大小相等 ， 相差120° ， 此时试验结果如下：
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结论：当一次侧通过三相平衡的电流时 ， 保护装置的差流显示为0 ， 保护装置不会动作 。
（2）一次侧某一相加入大的穿越电流 ， 此时试验结果如下：
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结论：当被保护区域外发生一次侧单相接地时 ， 故障电流通过电动机两侧CT ， 保护装置显示三相都会有差电流出现 ， 即区间外单相有故障电流时 ， 会在保护装置三相差流检测回路中产生差电流 ， 导致装置误动 ， 差动保护失去选择性 。 试验数据表明此种接线方式存在问题 。
（3）一次侧加入三相不平衡电流 ， 此时试验结果如下：
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【万家寨引黄工程泵站机组的差动保护动作分析及改进措施】结论：在一次侧出现三相不平衡电流时 ， 二次回路中三相都会出现差电流 ， 当三相电流的的幅值和相角发生变化时 ， 差动电流会增加或减少 ， 说明此种接线在三相电流不平衡时会有差电流送入保护装置 。 电机运行中如果某时刻一次侧瞬间有较大三相不平衡或谐波电流出现 ， 都会有较大的差电流流入SR469的差流检测回路 ， 会造成保护装置在被保护区间内没有故障的情况下发生误动 。
（4）一次侧加入单相故障电流 ， 此时试验结果如下：
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结论：当被保护区间内一次侧发生单相接地故障时 ， 故障电流较大 ， 保护装置显示三相都会有差电流出现 ， 且测量所得故障量与实际故障量相差较大 。 试验数据表明被保护区间内单相有故障电流时 ， 会在保护装置其它两相中产生差电流 ， 证明此种接线方式存在问题 。
将差动保护二次回路的两侧CT的N线都接入SR469装置 ， 进行再试验
（5）一次侧某一相加入大的穿越电流 ， 此时试验结果如下：
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结论：当被保护区域外发生一次侧单相接地时 ， 故障电流通过电动机两侧CT ， 保护装置显示三相都无差电流出现 ， 即区间外单相有故障电流时 ， 不会在保护装置任何一相中产生差电流 ， 差动保护具有选择性 。 上表的试验数据表明中性线N点都接入SR469可解决试验2中存在的问题 。
（6）一次侧加入三相不平衡电流 ， 此时试验结果如下：
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结论：在一次侧出现三相不平衡电流时 ， 二次回路中三相都无差电流出现 ， 当三相电流的的幅值和相角发生变化时 ， 差动电流都不会变化而仍然保持为0 ， 说明此种接线在三相电流不平衡时不会有差电流送入保护装置 。 即 ， 如果某时刻一次侧瞬间有较大三相不平衡或谐波电流出现 ， 都不会有差电流流入SR469的差流检测回路 ， 不会造成保护装置在被保护区间内没有故障的情况下发生误动 。 上表试验数据表明中性线N点接入SR469可解决试验3中存在的问题 。
（7）一次侧加入单相故障电流 。 此时试验结果如下：
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结论：当被保护区间内一次侧发生单相接地故障时 ， 保护装置显示只有故障相会有差电流出现 ， 且测量值与故障量相等 ， 持续增加故障量 ， 其他两相仍无差流出现 ， 说明此时保护装置能正确反映故障相别及其故障量的大小 。 上表试验数据表明中性线N点接入SR469可解决试验4中存在的问题 。
三、结论及采取措施
1．综合故障录波的分析和模拟现场接线试验 ， 得出下述结论：1#SFC带4#电机启动时 ， 6#机组并网运行 ， 在谐波滤波器开关投入前和4#机启动瞬间 ， 由于SFC的A相冲击电流较大 ， 而SR469差动保护装置二次接线不合理 ， 电机两侧三相采样电流的中性点不一致 ， 导致SR469的A相差流越限 ， 保护出口跳闸动作 。 由于A相冲击电流为主机差动保护区外故障 ， 此次跳闸属保护装置误动 。
2．电动机保护的二次接线方式存在重大安全隐患 ， 因此对保护装置的二次回路接线进行了改造和完善：利用停机检修的机会 ， 将引黄各泵站十五台电机两侧差动保护用CT星形接法中的N线接在一起后 ， 接入SR469的差流检测回路N点 ， 使两侧电流回路的中性点强制重合 ， 避免因中性点漂移产生差流造成保护误动 。 回路改造完成后 ， 各泵站未再发生类似南二泵站6#机组差动保护装置误动作故障 。
本文编自《电气技术》 ， 原文标题为“南二泵站机组差动保护动作分析及改进措施” ， 作者为段强 。
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