中壓脫硫引風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用

摘 要：本文簡(jiǎn)述了煙氣脫硫引風(fēng)機(jī)的差動(dòng)保護(hù)方案，對(duì)各種配置方案進(jìn)行綜合比較及分析，并結(jié)合案例提出了具體的工程解決方案。

關(guān)鍵詞：微機(jī)差動(dòng)保護(hù);比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù);磁平衡差動(dòng)保護(hù);變頻差動(dòng)保護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.193

0 引言

總的來(lái)說(shuō)，中國(guó)的環(huán)境污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻，污染防治工作還有很長(zhǎng)的路要走。打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，是十九大明確的重要任務(wù)，煙氣脫硫脫硝除塵產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是減少燃煤煙氣SO2、NOx排放的重要基礎(chǔ)。脫硫引風(fēng)機(jī)作為脫硫脫硝裝置重要設(shè)備，如果發(fā)生故障將可能導(dǎo)致脫硫裝置停運(yùn)、發(fā)電機(jī)組減負(fù)荷甚至非正常停機(jī)、鍋爐熄火等事故。因此研究脫硫引風(fēng)機(jī)的繼電保護(hù)，尤其是主保護(hù)的影響以及相應(yīng)的解決措施，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

1 中壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)介紹

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，電壓為3kV及以上電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)：電流速斷保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)等;功率在2000kW及以上或電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)不符合要求的2000kW以下電動(dòng)機(jī)，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)[4]，其目的在于防止電動(dòng)機(jī)本身的事故擴(kuò)大并保證電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

目前中壓電動(dòng)機(jī)的工頻差動(dòng)保護(hù)大致分為兩種：一種為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，也稱作比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)，原理是檢測(cè)斷路器與電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的電流，通過(guò)算法（比如傅氏算法）計(jì)算兩端電流的相位和幅值，判斷電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部故障，當(dāng)二者之間產(chǎn)生差流，微機(jī)綜合保護(hù)裝置啟動(dòng)保護(hù)功能并出口跳電動(dòng)機(jī)饋線斷路器，這種保護(hù)方式要求電動(dòng)機(jī)采用Y型接線方式，引出六個(gè)接線端子。第二種是磁平衡差動(dòng)保護(hù)，是在電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)設(shè)置磁平衡TA，通過(guò)該TA產(chǎn)生的不平衡電流值來(lái)判斷電動(dòng)機(jī)故障。這兩種差動(dòng)保護(hù)方式在脫硫項(xiàng)目上均有應(yīng)用。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展和節(jié)能要求，中壓變頻器在電廠應(yīng)用越來(lái)越多，但變頻裝置對(duì)于中壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)尤其是縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)影響最大，由于傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)用于工頻運(yùn)行電機(jī)，傳統(tǒng)CT在低頻時(shí)容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，不能在寬頻范圍內(nèi)測(cè)量電流，因此不能應(yīng)用于變頻（寬頻）電動(dòng)機(jī)。

筆者就脫硫脫硝工程中常見(jiàn)的一些引風(fēng)機(jī)起動(dòng)方式配套的差動(dòng)保護(hù)方案及可能存在的問(wèn)題，與大家共同商榷。

2 比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用

2.1 引風(fēng)機(jī)直接起動(dòng)帶工頻差動(dòng)保護(hù)

阜新金山煤矸石熱電有限公司#1-4機(jī)組需要新建爐后煙氣脫硫裝置，原引風(fēng)機(jī)電機(jī)為6kV 1600kW，引風(fēng)機(jī)饋線柜配置電流互感器為L(zhǎng)ZZBJ9-10 300/5 0.5/10P10，微機(jī)綜合保護(hù)裝置為NEP9809A，微機(jī)綜合保護(hù)裝置帶電流速斷過(guò)流、過(guò)流、負(fù)序過(guò)流、熱過(guò)負(fù)荷等保護(hù)，配置情況見(jiàn)圖1。脫硫改造后，引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率增加到2500kW，為了實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)，在電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)側(cè)新增一組電流互感器CT2，同時(shí)在饋線斷路器出口處更換了一組電流互感器CT1，兩組電流互感器為同一制造商、同一型號(hào)和同一批次產(chǎn)品，以減少制造誤差，互感器之間為縱差保護(hù)的保護(hù)區(qū)，同時(shí)將微機(jī)綜合保護(hù)裝置替換為WDZ-5233（增設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)），利用微機(jī)綜合保護(hù)裝置計(jì)算兩組電流互感器的電流差而動(dòng)作跳閘，見(jiàn)圖2。

采用直接起動(dòng)帶工頻差動(dòng)保護(hù)的方案，接線較為簡(jiǎn)單，引風(fēng)機(jī)電機(jī)在副接線盒內(nèi)進(jìn)行星點(diǎn)短接，可以在電機(jī)廠內(nèi)完成。但是對(duì)于大功率電機(jī)來(lái)說(shuō)，啟動(dòng)電流很大，這往往會(huì)導(dǎo)致母線段電壓下降，因此需校驗(yàn)起動(dòng)時(shí)的電壓降。

2.2 引風(fēng)機(jī)水電阻軟起帶工頻差動(dòng)保護(hù)

永安電廠脫硫改造項(xiàng)目引風(fēng)機(jī)電機(jī)為6kV 3800kW，采用水電阻軟起動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)的具體接線方法及差動(dòng)保護(hù)方案如圖3所示。

從圖中可以看出，該方案要求在電機(jī)廠內(nèi)制作時(shí)，將A、B、C三相繞組首尾端全部以接線端子方式引出，微機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)置在中壓饋線柜中。起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先軟起柜合閘，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入軟起動(dòng)方式。當(dāng)軟起動(dòng)結(jié)束后，星點(diǎn)柜合閘對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行星點(diǎn)短接，最后將軟起柜隔離。

該方案缺點(diǎn)在于從配電間至現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的電纜需要兩倍，如配電間與現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)距離較遠(yuǎn)，則電纜投資增大;另外，該方案要求起動(dòng)后將星點(diǎn)柜短接，也是缺點(diǎn)之一。其優(yōu)點(diǎn)在于該方案及差動(dòng)保護(hù)配置簡(jiǎn)單明了，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中均有差動(dòng)保護(hù)投入，且差動(dòng)保護(hù)基本上可以保護(hù)電動(dòng)機(jī)本體及電纜全長(zhǎng)。

該方案在與引風(fēng)機(jī)電機(jī)廠家配合時(shí)，需要求電機(jī)副接線盒中配置絕緣子以方便電纜連接。如果引風(fēng)機(jī)饋線柜需要改造，改造方案與“直接起動(dòng)帶工頻差動(dòng)保護(hù)”的方案一致，不再贅述。

3 磁平衡縱差保護(hù)的應(yīng)用

上海華誼能源化工有限公司脫硫改造項(xiàng)目引風(fēng)機(jī)電機(jī)采用磁平衡縱差保護(hù)，具體接線見(jiàn)圖4所示。

電動(dòng)機(jī)同相線圈首尾一次電流回路同時(shí)穿過(guò)磁平衡差流電流互感器（TA），電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)互感器二次側(cè)不產(chǎn)生電流，微機(jī)綜合保護(hù)裝置不動(dòng)作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)相間短路或定子繞組短路時(shí)，互感器二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)達(dá)到微機(jī)綜合保護(hù)裝置整定值時(shí)，保護(hù)出口斷路器跳閘。該解決方案在一定程度上克服了縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和外部短路時(shí)，由于兩側(cè)TA暫態(tài)特性不一致造成的誤動(dòng)作。

該方案存在的問(wèn)題是：只適用于2000kW及以上中性點(diǎn)具有分相引線的電動(dòng)機(jī)，需對(duì)電動(dòng)機(jī)本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施存在較大困難。

4 變頻電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用

內(nèi)蒙古君正能源化工集團(tuán)股份有限公司2×135MW機(jī)組超低排改造工程原引風(fēng)機(jī)功率2100kW，已設(shè)置變頻器，保護(hù)配置情況見(jiàn)圖5。

存在下列問(wèn)題：

（1）在變頻器運(yùn)行時(shí)，CT1的電源頻率為工頻，CT3為變頻輸出頻率，因此電流的相位和幅值差別很大。即便在系統(tǒng)正常工作時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)一定的差流，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

（2）當(dāng)變頻器輸出電流頻率很低時(shí)，工頻電流互感器鐵芯容易保護(hù)，測(cè)量偏差較大。

（3）現(xiàn)有工頻微機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置的額定頻率為50Hz，數(shù)字信號(hào)處理方式基于傅氏原理，傅氏變換基波頻率跟蹤范圍是45～55Hz，遠(yuǎn)小于變頻器頻率變換范圍，因此保護(hù)裝置對(duì)采集來(lái)的電流量進(jìn)行計(jì)算會(huì)產(chǎn)生較大偏差。

（4）目前進(jìn)行變頻改造的中壓電機(jī)通常取消差動(dòng)保護(hù)（為了避免正常運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù)），采用電流速斷作為主保護(hù)，這不符合國(guó)家繼電保護(hù)規(guī)程要求。

由于頻率范圍的變化，傳統(tǒng)的相量差動(dòng)保護(hù)不能滿足變頻電機(jī)的應(yīng)用，君正改造項(xiàng)目采用寬頻電流互感器加變頻差動(dòng)保護(hù)裝置的方案，保護(hù)配置方案見(jiàn)圖6：

K1、K2在進(jìn)線斷路器、相鄰斷路器斷開(kāi)狀態(tài)下操作，在檢修時(shí)由手動(dòng)斷開(kāi)以形成明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，確保工作人員的安全。在正常運(yùn)行中，工頻和變頻運(yùn)行狀況下均處于閉合狀態(tài);K3為旁路開(kāi)關(guān);增加變頻器（或電動(dòng)機(jī)機(jī)端）的一組CT2，對(duì)于CT2和CT3兩組CT，滿足在10～70Hz范圍下均能線性變化。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，旁路開(kāi)關(guān)K3閉合，K1、K2斷開(kāi)，差動(dòng)保護(hù)采用CT1和CT3構(gòu)成傳統(tǒng)的相量差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，旁路開(kāi)關(guān)K3斷開(kāi)，K1、K2閉合，差動(dòng)保護(hù)使用CT2和CT3構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。變頻情況下，微機(jī)綜合保護(hù)裝置采用基于采樣值差動(dòng)保護(hù)算法，以適應(yīng)變頻器從10Hz～70Hz的頻率輸出變化。

變頻電機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置仍置于中壓開(kāi)關(guān)柜柜門上;機(jī)端新增的CT2裝設(shè)在變頻器的旁路柜（或電動(dòng)機(jī)機(jī)端）中，并連接到變頻器的輸出端;中性點(diǎn)側(cè)的電流互感器采用CT3，用于變頻差動(dòng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家對(duì)涉及到民生的環(huán)保治理越來(lái)越重視，一方面加快現(xiàn)有燃煤機(jī)組超低排放改造的步伐，另一方面，非電行業(yè)污染物排放的關(guān)注正在增加，因此煙氣脫硫治理裝置特別是引風(fēng)機(jī)的可靠運(yùn)行非常重要。

本文通過(guò)四個(gè)項(xiàng)目實(shí)例，論述了針對(duì)不同起動(dòng)方案的差動(dòng)保護(hù)配置方法，希望通過(guò)本文能對(duì)煙氣脫硫裝置引風(fēng)機(jī)的差動(dòng)保護(hù)方案配置提供參考。

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作者簡(jiǎn)介：張智成（1982-），男，福建龍巖人，本科，工程師，研究方向：環(huán)保行業(yè)。