萬(wàn)家寨引黃工程CT電流重復(fù)計(jì)入差動(dòng)的處理措施

趙彩鋼，劉奕思

（山西省萬(wàn)家寨引黃工程管理局，山西 太原 030012）

1 工程概況

萬(wàn)家寨引黃工程位于山西省西北部，從黃河萬(wàn)家寨水利樞紐取水，由總干線、南干線、北干線和聯(lián)接段四部分組成。總干線西起黃河萬(wàn)家寨水庫(kù)，沿偏關(guān)縣北部東行44.4 km至下土寨村附近設(shè)分水閘，以下分成南干線和北干線。南干線由分水閘向南經(jīng)偏關(guān)、神池，到寧武縣頭馬營(yíng)入汾河，長(zhǎng)102 km。聯(lián)接段北起南干線7號(hào)隧洞頭馬營(yíng)出口，南至太原市呼延水廠，長(zhǎng)139.4 km。北干線由分水閘向東，經(jīng)偏關(guān)、平魯、朔州、山陰、懷仁至大同市南郊的墻框堡水庫(kù)，長(zhǎng)156.7 km。

引黃工程從黃河萬(wàn)家寨水庫(kù)取水，分別向太原、平朔、大同3個(gè)能源基地供水。根據(jù)已批準(zhǔn)的規(guī)劃，引黃工程年引水12億m3，每年引水時(shí)間10個(gè)月，八九月萬(wàn)家寨水庫(kù)降低庫(kù)水位排沙期間不引水?？偢删€設(shè)計(jì)流量48 m3/s。在分水閘，北干線分流22.2 m3/s，年分水量5.6億m3；南干線分流25.8 m3/s，年分水量6.4億m3。根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和需水預(yù)測(cè)，經(jīng)水資源平衡計(jì)算，到2030水平年，大同、平朔2個(gè)地區(qū)共缺水5.41億m3，計(jì)入引水線路的輸水損失后，北干線最終年引水量為5.6億m3。

2 問(wèn)題提出

萬(wàn)家寨引黃一期工程5座泵站共投入15臺(tái)大型水泵電動(dòng)機(jī)組，其中定速電機(jī)8臺(tái)，變速電機(jī)7臺(tái)。正常情況下，定速機(jī)和變速機(jī)都采用變頻器拖動(dòng)的變頻啟動(dòng)方式，但在緊急情況下，需對(duì)定速機(jī)組采取直接啟動(dòng)的方式，以保證供水運(yùn)行的不間斷和水泵的運(yùn)行安全。由于高電壓、大容量變頻器和大型水泵電動(dòng)機(jī)組的使用，引黃泵站10 kV系統(tǒng)的接線方式同常見(jiàn)的10 kV系統(tǒng)接線有所不同，電機(jī)（以下簡(jiǎn)稱SM）至變頻母線的電纜安裝位置在母線保護(hù)電流互感器（以下簡(jiǎn)稱CT）進(jìn)線側(cè)。由于此接線的影響，電機(jī)在由變頻器拖動(dòng)軟啟動(dòng)的情況下，流入電機(jī)的電流Ism（見(jiàn)圖1）會(huì)被10 kV母差保護(hù)在SM側(cè)CT和變頻器（以下簡(jiǎn)稱SFC）側(cè)CT重復(fù)采樣，誤判為存在差流，出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)。因此，必須采取有效措施處理CT電流重復(fù)計(jì)入差動(dòng)這一問(wèn)題。

3 電機(jī)不同啟動(dòng)方式時(shí)CT電流計(jì)入差動(dòng)情況

電機(jī)變頻啟動(dòng)時(shí)，泵站定速電機(jī)由變頻器拖動(dòng)軟啟動(dòng)的方式，此時(shí)SFC側(cè)的母線保護(hù)CT電流應(yīng)計(jì)入差動(dòng)，SM側(cè)的母線保護(hù)CT電流不應(yīng)計(jì)入差動(dòng)。定速機(jī)在滿足同期條件同期命令發(fā)出SM合閘命令，SFC、FC-SM、SM三個(gè)開(kāi)關(guān)均處于合閘位置，此時(shí)SM側(cè)的CT電流應(yīng)計(jì)入差動(dòng)，SFC側(cè)的CT電流不應(yīng)計(jì)入差動(dòng)，差動(dòng)保持平衡，SFC回路在母差保護(hù)范圍。3 s后FC-SM開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，SFC回路從母差保護(hù)范圍退出，仍是SM側(cè)的CT電流計(jì)入差動(dòng)，見(jiàn)圖1。電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)只采用SM側(cè)的CT電流計(jì)入差動(dòng)，見(jiàn)圖2。

圖1 電機(jī)變頻啟動(dòng)時(shí)電流流向圖

圖2 電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)電流流向圖

由此可見(jiàn)，電機(jī)不同啟動(dòng)方式時(shí)的不同階段只能有一處CT電流計(jì)入差動(dòng)，不能兩處CT電流同時(shí)計(jì)入。

4 對(duì)CT電流重復(fù)計(jì)入差動(dòng)處理措施的對(duì)比分析

方案一：增設(shè)52-SM開(kāi)關(guān)常開(kāi)輔助觸點(diǎn)開(kāi)入措施

對(duì)母差裝置程序進(jìn)行修改，將52-SM斷路器一個(gè)輔助觸點(diǎn)接入母差保護(hù)裝置。正常情況下，SM側(cè)母線保護(hù)CT電流只采樣不作為判據(jù)進(jìn)行差流計(jì)算，只有在斷路器合閘后，其輔助觸點(diǎn)閉合，給保護(hù)裝置一個(gè)信號(hào)，將SM側(cè)母線保護(hù)CT電流數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。

但是，取斷路器輔助觸點(diǎn)的輔助觸頭滯后主觸頭，就導(dǎo)致在電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)進(jìn)線開(kāi)關(guān)斷路器閉合，電機(jī)作為異步機(jī)進(jìn)行異步啟動(dòng)，啟動(dòng)電流經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量約為正常負(fù)荷電流的7～8倍，本應(yīng)將此電流計(jì)入差動(dòng)保護(hù)，從而電流進(jìn)出平衡，差動(dòng)保護(hù)正常。而實(shí)際此時(shí)保護(hù)裝置需要一個(gè)“5 ms提前量”的反應(yīng)時(shí)間，且斷路器主觸頭先于輔助觸頭動(dòng)作，主觸頭先于輔助觸頭到位和“5 ms提前量”的反應(yīng)時(shí)間里，電機(jī)的啟動(dòng)電流沒(méi)有計(jì)入保護(hù)計(jì)算程序，保護(hù)裝置認(rèn)為存在故障差流，且電流很大，造成10 kV母線保護(hù)誤動(dòng)作。為解決此問(wèn)題，廠家將3個(gè)壓板設(shè)定成直接啟動(dòng)壓板，在電機(jī)需要直接啟動(dòng)前，先將該電機(jī)對(duì)應(yīng)的直接啟動(dòng)壓板投入，將該電機(jī)回路電流計(jì)入保護(hù)計(jì)算程序，防止保護(hù)誤動(dòng)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)，該方法有效防止了直接啟動(dòng)時(shí)的10 kV母線保護(hù)重復(fù)采樣引起的誤動(dòng)，但增加了現(xiàn)場(chǎng)人員的工作量，且在緊急情況下存在一定的不安全因素，增大了人為事故的可能性。

方案二：采用52-SM常閉輔助接點(diǎn)串接52FC-SM常開(kāi)輔助接點(diǎn)的措施

為進(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，減少運(yùn)行人員的工作量，提出一種10 kV母差保護(hù)可以自動(dòng)判別運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換的方案。具體措施為：

對(duì)10 kV母差保護(hù)程序進(jìn)行修改，將電機(jī)回路的電流修改成在正常情況下實(shí)時(shí)進(jìn)行采樣計(jì)算。同時(shí)，將52FC-SM開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)合閘信號(hào)作為屏蔽對(duì)應(yīng)電機(jī)回路電流進(jìn)行計(jì)算的屏蔽信號(hào)，而將52-SM開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)合閘信號(hào)作為解除屏蔽重新計(jì)算的信號(hào)。即將52-SM開(kāi)關(guān)的常閉輔助觸點(diǎn)和52FC-SM開(kāi)關(guān)的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)串連作為屏蔽信號(hào)，這樣在軟啟動(dòng)過(guò)程中52FC-SM開(kāi)關(guān)閉合時(shí)屏蔽回路接通，閉鎖CT3的電機(jī)回路電流進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)同期操作完成，無(wú)論52FC-SM在何種位置，只要52-SM開(kāi)關(guān)閉合，其常閉輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，屏蔽信號(hào)就解除，CT3的電機(jī)進(jìn)回路電流及時(shí)計(jì)入10 kV母差保護(hù)計(jì)算程序。

表1 方案二差動(dòng)電流計(jì)入情況真值表

此方案經(jīng)多方研究是切實(shí)可行的，但從差動(dòng)電流計(jì)入情況真值表可看出：當(dāng)接點(diǎn)接觸不良，可導(dǎo)致差動(dòng)計(jì)算錯(cuò)誤的問(wèn)題，考慮到機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)和運(yùn)行母線較少，手工投入壓板暫時(shí)可以滿足運(yùn)行要求，因此未實(shí)施。

方案三：增設(shè)合后磁保持繼電器的措施

在開(kāi)關(guān)52-SM操作回路增加一只合后磁保持繼電器KKJ，在直接啟動(dòng)和SM同期合閘兩種情況下啟動(dòng)繼電器KKJ，當(dāng)開(kāi)關(guān)52-SM斷開(kāi)時(shí)繼電器KKJ返回，采用KKJ動(dòng)作接點(diǎn)判斷差動(dòng)電流計(jì)入情況。

表2 方案三差動(dòng)電流計(jì)入情況真值表

從差動(dòng)電流計(jì)入情況真值表可看出，在直接啟動(dòng)和SM同期合閘兩種情況下可保證及時(shí)將SM側(cè)CT電流計(jì)入差動(dòng)保護(hù)。KKJ采用高可靠性的密封繼電器，相對(duì)以上兩種方案的開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)而言更可靠，且可避免軟啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行人員漏退直接啟動(dòng)壓板。

以上三種方式都可有效解決CT電流重復(fù)計(jì)入差動(dòng)的問(wèn)題，但相比較第三種方式更安全、可靠，已在引黃工程近期改造時(shí)采用。