作者簡介：王明（1979-），男，陜西人，電氣工程師，研究方向為電力系統(tǒng)設(shè)計

摘要：根據(jù)山西煤層氣中央處理廠150萬方壓縮機4800kW驅(qū)動電機跳閘記錄，結(jié)合驅(qū)動電機一次、二次接線形式，分析了驅(qū)動電機速斷跳閘的原因，解決了驅(qū)動電機跳閘問題，保證了中央處理廠正常生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：差動保護(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

     對于工業(yè)用電動機，額定功率小于2000kW時，一般可以裝設(shè)電流速斷保護(hù)。額定功率在2000kW及其以上的電動機，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，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(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。它對整個沁水盆地煤層氣進(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(hù)），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(hù)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(hù)檢測儀對驅(qū)動電機電源側(cè)綜合保護(hù)裝置進(jìn)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(jìn)行了測量，測試結(jié)果正常。               

      運行人員根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)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(hù)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(hù)裝置或驅(qū)動電機出現(xiàn)故障。8月3日綜合保護(hù)裝置廠家、驅(qū)動電機廠家派技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場，對驅(qū)動電機綜合保護(hù)裝置重新進(jìn)行模擬實驗，對驅(qū)動電機重新進(jìn)行接地和絕緣測量，并打開視窗對驅(qū)動電機內(nèi)部進(jìn)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(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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)裝置差動保護(hù)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(hù)裝置速斷電流跳閘信號為虛信號。

綜合保護(hù)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(hù)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(hù)接線圖

1LH、2LH:電流互感器差動保護(hù)級二次線圈；

1kD~3kD:差動繼電器，kDD為差動保護(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(hù)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(hù)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過了3號壓縮機組驅(qū)動電機綜合保護(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)動電機綜合保護(hù)裝置時，驅(qū)動電機電源電源側(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(yuǎn)離；對電壓高、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(jìn)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(jìn)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(jìn)后縱差保護(hù)接線圖 

1LH、2LH:電流互感器差動保護(hù)級二次線圈；

1kD~3Kd:差動繼電器，kDD為差動保護(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(yuǎn)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(jìn)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(hù)，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(xiàn)

[1] 劉學(xué)軍主編《繼電保護(hù)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(tuán)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.