作者簡(jiǎn)介：王明（1979-），男，陜西人，電氣工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：根據(jù)山西煤層氣中央處理廠150萬方壓縮機(jī)4800kW驅(qū)動(dòng)電機(jī)跳閘記錄，結(jié)合驅(qū)動(dòng)電機(jī)一次、二次接線形式，分析了驅(qū)動(dòng)電機(jī)速斷跳閘的原因，解決了驅(qū)動(dòng)電機(jī)跳閘問題，保證了中央處理廠正常生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：差動(dòng)保護(hù)；不平衡電流；接地

analysis for instantaneous trip of 4800kw drive motor in the 1500000 cubic meter compressor    

Wang Ming¹，Chen Jinyan¹ ，F(xiàn)eng Yajun¹，Wang Yina²

(1. Xi’an ChangQing technology engineering co. ltd. of PetroChina ChangQing Oil-field Company, Xi'an 710018, China) (2. Machine Manufacture Plant of PetroChina ChangQing Oil-field Company, Xi'an 710021, China)

Abstract: According to the records of 4800kw drive motor trip in the 1500000 cubic meter compressor of Shanxi CBM Central Treatment Plant,the reason of the motor trip is anaylized by the theory of the connected structure in the first and second end. A method to deal with the motor trip is investigated to ensure the normal operation of the central treatment plant.

Key words: Differential protection，Unbalanced current，Ground

1 引言

     對(duì)于工業(yè)用電動(dòng)機(jī)，額定功率小于2000kW時(shí)，一般可以裝設(shè)電流速斷保護(hù)。額定功率在2000kW及其以上的電動(dòng)機(jī)，或額定功率小于2000kW，且電流速斷保護(hù)不能滿足靈敏系數(shù)要求時(shí)，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

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(duì)整個(gè)沁水盆地煤層氣進(jìn)行集中處理并外輸。

      目前中央處理廠設(shè)有4臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)組,1號(hào)、2號(hào)壓縮機(jī)組處理能力為50×10⁴m³/d，驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為1600kW，電壓等級(jí)為10kV； 3號(hào)、4號(hào)壓縮機(jī)組處理能力為150×10⁴m³/d，驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為4800kW（設(shè)有縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)），電壓等級(jí)為10kV。

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

      2010年7月31日凌晨4點(diǎn)35分，3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)斷路器電流速斷保護(hù)跳閘，跳閘電流為：IA=1300A，IB=2600A，IC=900A。3號(hào)壓縮機(jī)組停機(jī)后，運(yùn)行人員使用綜合保護(hù)檢測(cè)儀對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)綜合保護(hù)裝置進(jìn)行了模擬測(cè)試，使用直流電阻測(cè)試儀對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)三相電阻進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)試結(jié)果正常。               

      運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行討論，初步判斷3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)電流互感器出現(xiàn)故障，決定將4號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)電流互感器調(diào)至3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)。.

      7月31日下午16點(diǎn)30分起動(dòng)3號(hào)壓縮機(jī)組。

      7月31日17點(diǎn)15分，3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)斷路器再次電流速斷保護(hù)跳閘，跳閘電流為：IA=2800A，IB=1700A，IC=600A。

      運(yùn)行人員經(jīng)過再次分析，認(rèn)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置或驅(qū)動(dòng)電機(jī)出現(xiàn)故障。8月3日綜合保護(hù)裝置廠家、驅(qū)動(dòng)電機(jī)廠家派技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置重新進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)重新進(jìn)行接地和絕緣測(cè)量，并打開視窗對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行檢查，未查出任何故障。

      8月3日下午15點(diǎn)運(yùn)行人員再次將3號(hào)壓縮機(jī)組投入運(yùn)行，3號(hào)壓縮機(jī)組空載運(yùn)行1小時(shí)，未見異常，加載運(yùn)行3小時(shí)后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)斷路器再次電流速斷保護(hù)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(duì)3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)斷路器幾次跳閘記錄分析，并查看驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置錄波記錄，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)斷路器每次電流速斷保護(hù)跳閘時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)母線電壓均未發(fā)生變化。因此，我們初步判斷3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置速斷電流跳閘信號(hào)為虛信號(hào)。

      8月5日，運(yùn)行人員將3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)電流互感器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置之間的信號(hào)線斷開，即將3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置差動(dòng)保護(hù)停用，然后重新將3號(hào)壓縮機(jī)組投入運(yùn)行，3號(hào)壓縮機(jī)組運(yùn)行72小時(shí)，一切正常。經(jīng)過此次運(yùn)行，我們確定3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置速斷電流跳閘信號(hào)為虛信號(hào)。

綜合保護(hù)裝置速斷電流跳閘虛信號(hào)產(chǎn)生原因分析：

a、電位差產(chǎn)生虛電流信號(hào)

      目前，國內(nèi)大型電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)接線形式如圖1所示。即電動(dòng)機(jī)電源高壓開關(guān)柜內(nèi)及電動(dòng)機(jī)定子線圈中性點(diǎn)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(dòng)繼電器(如圖1)。

 圖1 通用式大型電動(dòng)機(jī)縱差保護(hù)接線圖

1LH、2LH:電流互感器差動(dòng)保護(hù)級(jí)二次線圈；

1kD~3kD:差動(dòng)繼電器，kDD為差動(dòng)保護(hù)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(jī)側(cè)側(cè)電流互感器器接地電壓。

      3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)電流互感器安裝在中性點(diǎn)接線箱內(nèi)，中性點(diǎn)接線箱隨驅(qū)動(dòng)電機(jī)附帶，驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)電流互感器及綜合保護(hù)裝置安裝于高壓配電室高壓開關(guān)柜內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與高壓開關(guān)柜之間距離約為300m。

      如圖1所示，運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量U1與U2電位差約為5V，因?yàn)檫@個(gè)電位差的存在，所以產(chǎn)生Io。驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)中性點(diǎn)接線箱與驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置間的信號(hào)電纜為2.5mm²銅芯電纜，信號(hào)電纜單位阻抗為6.88×10-³Ω/m。

      信號(hào)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(dòng)電機(jī)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(dòng)電機(jī)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(shí)，3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)仍在正常運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行一次電流值仍為三相平衡電流，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)電流互感器二次側(cè)三相電流嚴(yán)重偏離電機(jī)實(shí)際運(yùn)行值，這個(gè)值一般是電機(jī)額定電流的2~10倍。

      由于這個(gè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了3號(hào)壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置電流速斷保護(hù)設(shè)定值，當(dāng)此數(shù)據(jù)上傳至驅(qū)動(dòng)電機(jī)綜合保護(hù)裝置時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源電源側(cè)斷路器速斷保護(hù)跳閘。

b、通信干擾

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

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

2、敷設(shè)于配電裝置內(nèi)的控制和信號(hào)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(yuǎn)離。

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

3.2處理措施   

a、清除電位差產(chǎn)生的虛電流信號(hào)

      如圖2所示，斷開U2接地點(diǎn)，使U1、U2統(tǒng)一在驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)高壓開關(guān)柜內(nèi)進(jìn)行接地，這樣U1、U2為一個(gè)電位，消除了電位差，即U1－U2=0，因此I0=0，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)電機(jī)電源側(cè)電流互感器一次側(cè)電流矢量和IO=0。

此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)電流互感器二次側(cè)三相電流反映了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行值。

圖2 處理廠4800kW驅(qū)動(dòng)電機(jī)改進(jìn)后縱差保護(hù)接線圖 

1LH、2LH:電流互感器差動(dòng)保護(hù)級(jí)二次線圈；

1kD~3Kd:差動(dòng)繼電器，kDD為差動(dòng)保護(hù)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(jī)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(duì)電纜重新排列布置，確保從驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)中性點(diǎn)接線箱引至高壓開關(guān)柜的電流信號(hào)電纜遠(yuǎn)離電壓互感器、避雷器、電容補(bǔ)償裝置等干擾源，消除干擾信號(hào)。

經(jīng)過以上處理后，重新對(duì)3號(hào)壓縮機(jī)組進(jìn)行投運(yùn)，3號(hào)壓縮機(jī)組運(yùn)行至今，驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jī)采用通用式縱差動(dòng)保護(hù)，要根

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，充分考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)與電機(jī)側(cè)異地電位，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源側(cè)與電機(jī)側(cè)電流互感器合理接地。

b、在工程設(shè)計(jì)、施工以及驗(yàn)收中嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，特別是強(qiáng)制性條款不容忽視?？刂齐娎|、信號(hào)電纜、高低壓動(dòng)力電纜同溝敷設(shè)時(shí)，電纜間安全距離一定要滿足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

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