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[摘要] 针对600MW机组锅炉一次风机差动保护误动问题进行电流数值误差计算研究及测试分析，找出了差动保护误动作的主要原因，并提出了解决方法。
[关键词] 一次风机 差动保护 误动问题
在可门电厂600MW机组安装后分部联合调试试运行期间，锅炉一次风机每次启动均躲不过启动电流，略提高整定值也无效，对保护装置本身的调试质量和二次回路连线可靠性及差动极性、正确性进行检查无误。经测试电流互感器(下称CT)二次负载，发现一次风机6kV母线侧为柜内线，中性点电缆较长，约400m，二次回路连接线截面过小。二次负载较大，已超过制造厂的CT保证值，导致电流数值误差较大，是引起差动保护误动作的主要原因。
1 存在问题及测试分析
1.1 CT电流数值误差的确定
按国标GB1208—87规定，CT电流数值误差为：
ΔI＝［(NI2－I1)／I1］×100(1)
1.2 CT电流数值误差的测定
CT的电流数值误差和一次电流倍数有关，也和二次负载的大小有关。由于现场条件所限，测量方法一般采用在二次侧测得CT二次负载及伏安特性，并以此计算出CT的电流数值误差。当计算出二次负载大于允许二次负载时，可直接用两块电流表计和试验电源测出误差，通过公式计算，ΔI＝［(IA1－IA2)／IA1］×100)。接线如图1所示。
图1 电流数值误差测试接线图
做本试验时要有较大功率的试验电源(5～10kVA)，才能达到需要的电流值。
例如，一次风机电机母线侧二次回路负载实测为0.6Ω，中性点侧二次回路负载实测为3.2Ω，可从数值上说明两侧CT二次负载严重不平衡，电流数值误差远超出10％的要求。
1.2.1 计算CT误差用的等值电路及公式
计算用等值电路如图2所示。由图2可知：
E＝U2+I2Z2＝I2Zfh+I2Z2 (2)
图2 等值电路图
由于在测量伏安特性曲线时，励磁电压是由二次侧加入的，一次开路。则可得：
E＝ULC2－ILCZ2 (3)
将(3)式代入(2)式，可得：
Zfh＝［ULC2－Z2(ILC+I2)］／I2(4)
I2＝(ULC2－ILCZ2)／(Zfh+Z2) (5)
I1＝ILC+I2＝I／NLH
式中 ULC2——做伏安特性曲线时，二次侧施加的电压，图2中等于-E；
ILC——归算至二次侧的励磁电流；
E——CT的感应电势；
U2——CT的二次侧电压；
I1′——折算到二次侧的原边电流；
I2——CT的二次侧电流(有效值)；
Zfh——CT的二次负载；
NLH——电流互感器的变比；
Z2——CT的二次绕组阻抗。
上述计算未采用向量，因而是近似的，但能满足实用的要求。
1.2.2 对一次风机回路CT伏安特性的测试
测试结果如表1、表2所示，表格中0.1、0.5为试验过程所测量的电流、电压仪表变比，表计读数乘以变比即为实际电流互感器的励磁电压和电流。
表1 A台一次风机CT伏安特性测试值
A相 I×0.1／A 10 25 30 40 50 60 75 80 90 100
U×0.5／V 70 81 83 85 86 88 90 91 92 93
C相 I×0.1／A 10 20 30 45 50 60 70 80 90 100
U×0.5／V 74 79 81 84 85 86 88 89 90 91
注：CT型号为LZZBJ9-10，变比为300／5。
表2B台一次风机CT伏安特性测试值
A相 I×0.1／A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
U×0.5／V 75 81 84 87 88 89 91 92 93 94
C相 I×0.1／A 10 20 30 40 50 65 75 85 90 100
U×0.5／V 74 77 81 84 86 88 89 90 99 92
注：CT型号为LZZBJ9-10，变比为300／5。
1.2.3 A台一次风机CT误差计算
当A台一次风机启动电流为I1＝2160A时(实测值)，I′1＝2160／60＝36A，励磁电流取10％，则ILC＝0.1×36＝3.6(A)、I2＝0.9×36＝32.4A，按表中ILC≈0.1×40＝4A，查实测的伏安特性曲线得ULC2＝0.5×85＝42.5V，代入(4)式，得：
Zfh＝｜[42.5－(3.6+32.4)×1.92]／32.4｜
＝26.62/32.4=0.83Ω<<3.2Ω
式中 Z2＝3.2×ZC＝3.2×0.6＝1.92Ω
ZC——二次侧直流电阻，一般取0.6Ω。
由此可知，实际的二次负载远大于允许的0.83Ω。
I2＝(42.5－3.6×1.92)／(3.2+1.92)＝35.59／5.12＝6.95A
ILC＝I1′－I2＝36－6.95＝29.05A
ΔI＝｜(29.05×100)／36｜＝80.6%，即误差为80.69%，远大于10%。故CT不满足误差要求，此时CT已深度饱和，是导致差动保护误动的主要原因。
1.2.4 对A台一次风机CT二次连接线增大有效截面后的误差计算
将一次风机中性点CT二次连接线增大有效截面后实测出的二次负载0.75Ω用1.2.3中同样的计算方法，代入公式(4)，得：
Zfh＝(42.5－36×0.45)／32.4＝0.81(Ω)＞0.75Ω
式中 Z2＝0.75×ZC＝0.75×0.6＝0.45Ω。
由此可知，实际的二次负载小于允许的0.81Ω。
I2＝(42.5－3.6×0.45)／(0.75+0.45)＝41／1.2＝34A
ILC＝I1′－I2＝36－34＝2A
ΔI＝(2×100)／36＝200／36＝5.6%，即误差为5.6%，小于10%，合格，故CT能满足误差要求，并同母线侧二次回路负载实测值0.6Ω相接近，差动保护不会误动作。
2 CT的电流数值误差对差动保护的影响及解决方法
从上述1.2.3、1.2.4电流数值误差计算中可知，原二次连接线实测的二次负载为3.2Ω时，误差ΔI＝80.6%，不符合10%误差要求；当增大二次连接线有效截面后实测的二次负载为0.75Ω时，误差ΔI＝5.6%，符合10%误差要求。很显然，前者CT深度饱和，使两侧CT二次负载严重不匹配，产生较大的不平衡电流，致使差动保护误动作。后者在CT的10%误差范围内使两侧CT的二次负载相接近，产生的不平衡电流很小，差动保护不会误动。
解决方法：鉴于这种现象，只有限制二次负载(减小Zfh)，或增大二次连接导线的有效截面。
3 结论
由于一次风机中性点电缆较长、芯截面过小，使二次回路连接线阻抗较大，超出CT的10%误差要求，在一次风机启动瞬间启动电流较大，造成CT深度饱和，引起差动保护回路严重不平衡，电流大幅度增加，致使差动保护误动作。解决方法是采用增加二次连接导线的有效截面以减小二次负载阻抗，或限制二次负载(减小Zfh)较为有效。实践证明，改变二次连接导线的有效截面后一次风机启动数次，未发生过差动保护误动现象。
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[关键词] 一次风机 差动保护 误动问题
在可门电厂600MW机组安装后分部联合调试试运行期间，锅炉一次风机每次启动均躲不过启动电流，略提高整定值也无效，对保护装置本身的调试质量和二次回路连线可靠性及差动极性、正确性进行检查无误。经测试电流互感器(下称CT)二次负载，发现一次风机6kV母线侧为柜内线，中性点电缆较长，约400m，二次回路连接线截面过小。二次负载较大，已超过制造厂的CT保证值，导致电流数值误差较大，是引起差动保护误动作的主要原因。
1 存在问题及测试分析
1.1 CT电流数值误差的确定
按国标GB1208—87规定，CT电流数值误差为：
ΔI＝［(NI2－I1)／I1］×100(1)
1.2 CT电流数值误差的测定
CT的电流数值误差和一次电流倍数有关，也和二次负载的大小有关。由于现场条件所限，测量方法一般采用在二次侧测得CT二次负载及伏安特性，并以此计算出CT的电流数值误差。当计算出二次负载大于允许二次负载时，可直接用两块电流表计和试验电源测出误差，通过公式计算，ΔI＝［(IA1－IA2)／IA1］×100)。接线如图1所示。
图1 电流数值误差测试接线图
做本试验时要有较大功率的试验电源(5～10kVA)，才能达到需要的电流值。
例如，一次风机电机母线侧二次回路负载实测为0.6Ω，中性点侧二次回路负载实测为3.2Ω，可从数值上说明两侧CT二次负载严重不平衡，电流数值误差远超出10％的要求。
1.2.1 计算CT误差用的等值电路及公式
计算用等值电路如图2所示。由图2可知：
E＝U2+I2Z2＝I2Zfh+I2Z2 (2)
图2 等值电路图
由于在测量伏安特性曲线时，励磁电压是由二次侧加入的，一次开路。则可得：
E＝ULC2－ILCZ2 (3)
将(3)式代入(2)式，可得：
Zfh＝［ULC2－Z2(ILC+I2)］／I2(4)
I2＝(ULC2－ILCZ2)／(Zfh+Z2) (5)
I1＝ILC+I2＝I／NLH
式中 ULC2——做伏安特性曲线时，二次侧施加的电压，图2中等于-E；
ILC——归算至二次侧的励磁电流；
E——CT的感应电势；
U2——CT的二次侧电压；
I1′——折算到二次侧的原边电流；
I2——CT的二次侧电流(有效值)；
Zfh——CT的二次负载；
NLH——电流互感器的变比；
Z2——CT的二次绕组阻抗。
上述计算未采用向量，因而是近似的，但能满足实用的要求。
1.2.2 对一次风机回路CT伏安特性的测试
测试结果如表1、表2所示，表格中0.1、0.5为试验过程所测量的电流、电压仪表变比，表计读数乘以变比即为实际电流互感器的励磁电压和电流。
表1 A台一次风机CT伏安特性测试值
A相 I×0.1／A 10 25 30 40 50 60 75 80 90 100
U×0.5／V 70 81 83 85 86 88 90 91 92 93
C相 I×0.1／A 10 20 30 45 50 60 70 80 90 100
U×0.5／V 74 79 81 84 85 86 88 89 90 91
注：CT型号为LZZBJ9-10，变比为300／5。
表2B台一次风机CT伏安特性测试值
A相 I×0.1／A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
U×0.5／V 75 81 84 87 88 89 91 92 93 94
C相 I×0.1／A 10 20 30 40 50 65 75 85 90 100
U×0.5／V 74 77 81 84 86 88 89 90 99 92
注：CT型号为LZZBJ9-10，变比为300／5。
1.2.3 A台一次风机CT误差计算
当A台一次风机启动电流为I1＝2160A时(实测值)，I′1＝2160／60＝36A，励磁电流取10％，则ILC＝0.1×36＝3.6(A)、I2＝0.9×36＝32.4A，按表中ILC≈0.1×40＝4A，查实测的伏安特性曲线得ULC2＝0.5×85＝42.5V，代入(4)式，得：
Zfh＝｜[42.5－(3.6+32.4)×1.92]／32.4｜
＝26.62/32.4=0.83Ω<<3.2Ω
式中 Z2＝3.2×ZC＝3.2×0.6＝1.92Ω
ZC——二次侧直流电阻，一般取0.6Ω。
由此可知，实际的二次负载远大于允许的0.83Ω。
I2＝(42.5－3.6×1.92)／(3.2+1.92)＝35.59／5.12＝6.95A
ILC＝I1′－I2＝36－6.95＝29.05A
ΔI＝｜(29.05×100)／36｜＝80.6%，即误差为80.69%，远大于10%。故CT不满足误差要求，此时CT已深度饱和，是导致差动保护误动的主要原因。
1.2.4 对A台一次风机CT二次连接线增大有效截面后的误差计算
将一次风机中性点CT二次连接线增大有效截面后实测出的二次负载0.75Ω用1.2.3中同样的计算方法，代入公式(4)，得：
Zfh＝(42.5－36×0.45)／32.4＝0.81(Ω)＞0.75Ω
式中 Z2＝0.75×ZC＝0.75×0.6＝0.45Ω。
由此可知，实际的二次负载小于允许的0.81Ω。
I2＝(42.5－3.6×0.45)／(0.75+0.45)＝41／1.2＝34A
ILC＝I1′－I2＝36－34＝2A
ΔI＝(2×100)／36＝200／36＝5.6%，即误差为5.6%，小于10%，合格，故CT能满足误差要求，并同母线侧二次回路负载实测值0.6Ω相接近，差动保护不会误动作。
2 CT的电流数值误差对差动保护的影响及解决方法
从上述1.2.3、1.2.4电流数值误差计算中可知，原二次连接线实测的二次负载为3.2Ω时，误差ΔI＝80.6%，不符合10%误差要求；当增大二次连接线有效截面后实测的二次负载为0.75Ω时，误差ΔI＝5.6%，符合10%误差要求。很显然，前者CT深度饱和，使两侧CT二次负载严重不匹配，产生较大的不平衡电流，致使差动保护误动作。后者在CT的10%误差范围内使两侧CT的二次负载相接近，产生的不平衡电流很小，差动保护不会误动。
解决方法：鉴于这种现象，只有限制二次负载(减小Zfh)，或增大二次连接导线的有效截面。
3 结论
由于一次风机中性点电缆较长、芯截面过小，使二次回路连接线阻抗较大，超出CT的10%误差要求，在一次风机启动瞬间启动电流较大，造成CT深度饱和，引起差动保护回路严重不平衡，电流大幅度增加，致使差动保护误动作。解决方法是采用增加二次连接导线的有效截面以减小二次负载阻抗，或限制二次负载(减小Zfh)较为有效。实践证明，改变二次连接导线的有效截面后一次风机启动数次，未发生过差动保护误动现象。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文