150萬方壓縮機4800kW驅動電機速斷跳閘原因分析

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，是國內第一座煤層氣處理廠。它對整個沁水盆地煤層氣進行集中處理并外輸。

目前中央處理廠設有4臺往復式壓縮機組,1號、2號壓縮機組處理能力為50×104m3/d，驅動電機額定功率為1600kW，電壓等級為10kV； 3號、4號壓縮機組處理能力為150×104m3/d，驅動電機額定功率為4800kW（設有縱聯差動保護），電壓等級為10kV。

該廠2009年投產，投產初期1號、2號壓縮機組運行。隨著煤層氣產量增加，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號壓縮機組驅動電機電源側斷路器電流速斷保護跳閘，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檢測儀對驅動電機電源側綜合保護裝置進行了模擬測試，使用直流電阻測試儀對驅動電機三相電阻進行了測量，測試結果正常。

運行人員根據現場情況進行討論，初步判斷3號壓縮機組驅動電機電源側電流互感器出現故障，決定將4號壓縮機組驅動電機電源側電流互感器調至3號壓縮機組驅動電機電源側。.

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號壓縮機組驅動電機電源側斷路器再次電流速斷保護跳閘，跳閘電流為：IA=2800A，IB=1700A，IC=600A。

運行人員經過再次分析，認為驅動電機綜合保護裝置或驅動電機出現故障。8月3日綜合保護裝置廠家、驅動電機廠家派技術人員到達現場，對驅動電機綜合保護裝置重新進行模擬實驗，對驅動電機重新進行接地和絕緣測量，并打開視窗對驅動電機內部進行檢查，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，驅動電機電源側斷路器再次電流速斷保護跳閘，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

經過對3號壓縮機組驅動電機電源側斷路器幾次跳閘記錄分析，并查看驅動電機綜合保護裝置錄波記錄，運行人員發現3號壓縮機組驅動電機電源側斷路器每次電流速斷保護跳閘時，驅動電機母線電壓均未發生變化。因此，我們初步判斷3號壓縮機組驅動電機綜合保護裝置速斷電流跳閘信號為虛信號。

8月5日，運行人員將3號壓縮機組驅動電機側電流互感器與驅動電機綜合保護裝置之間的信號線斷開，即將3號壓縮機組驅動電機綜合保護裝置差動保護停用，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。經過此次運行，我們確定3號壓縮機組驅動電機綜合保護裝置速斷電流跳閘信號為虛信號。

綜合保護裝置速斷電流跳閘虛信號產生原因分析：

a、電位差產生虛電流信號

目前，國內大型電動機縱聯差動保護接線形式如圖1所示。即電動機電源高壓開關柜內及電動機定子線圈中性點附近各裝3只電流互感器，其極性使二次側電流在二次回路內產生環流，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接線圖

1LH、2LH:電流互感器差動保護級二次線圈；

1kD~3kD:差動繼電器，kDD為差動保護二次回路斷

線監察繼電器；

U1:電源側電流互感器器接地電壓；

U2:電機側側電流互感器器接地電壓。

3號壓縮機組驅動電機側電流互感器安裝在中性點接線箱內，中性點接線箱隨驅動電機附帶，驅動電機電源側電流互感器及綜合保護裝置安裝于高壓配電室高壓開關柜內，驅動電機與高壓開關柜之間距離約為300m。

如圖1所示，運行人員現場測量U1與U2電位差約為5V，因為這個電位差的存在，所以產生Io。驅動電機側中性點接線箱與驅動電機綜合保護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。

信號電纜內阻R﹦6.88×300÷1000﹦2.064A，

Io﹦（U1－U2）÷R﹦5÷2.064 ﹦2.42A。

即驅動電機電源側電流互感器二次側三相電流矢量和Ia﹢Ib﹢Ic﹦Io﹦2.42A。

反映到驅動電機電源側電流互感器一次側電流

矢量和即IA﹢IB﹢IC﹦IO﹦Io×（500÷5）﹦2.42×（500÷5）﹦242A。

當出現這種情況時，3號壓縮機組驅動電機仍在正常運行，驅動電機實際運行一次電流值仍為三相平衡電流，而驅動電機電源側電流互感器二次側三相電流嚴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。

由于這個值遠遠超過了3號壓縮機組驅動電機綜合保護裝置電流速斷保護設定值，當此數據上傳至驅動電機綜合保護裝置時，驅動電機電源電源側斷路器速斷保護跳閘。

b、通信干擾

<<電力工程電纜設計規范>>GB 50217-2007規定：抑制電氣干擾強度的弱電回路控制和信號電纜，當需要時可采取下列措施：

1、 與電力電纜并行附設時相互間距，在可能范圍內宜遠離；對電壓高、電流大的電力電纜間距宜更遠。

2、敷設于配電裝置內的控制和信號電纜，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，宜在可能范圍內遠離。

中央處理廠建有1座高壓配電室，3號壓縮機組驅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電纜敷設情況進行檢查，發現溝內控制電纜、信號電纜、高低壓動力電纜多處纏繞敷設，信號電纜多處緊靠電壓互感器、避雷器、電容補償裝置。以上電纜敷設方式均可導致信號電纜內產生干擾信號。

3.2處理措施

a、清除電位差產生的虛電流信號

如圖2所示，斷開U2接地點，使U1、U2統一在驅動電機電源側高壓開關柜內進行接地，這樣U1、U2為一個電位，消除了電位差，即U1－U2=0，因此I0=0，即驅動電機電源側電流互感器二次側三相電流矢量和為0，反映到驅動電機電源側電流互感器一次側電流矢量和IO=0。

此時，驅動電機電源側電流互感器二次側三相電流反映了驅動電機的實際運行值。

圖2 處理廠4800kW驅動電機改進后縱差保護接線圖

1LH、2LH:電流互感器差動保護級二次線圈；

1kD~3Kd:差動繼電器，kDD為差動保護二次回路斷

線監察繼電器；

U1:電源側電流互感器器接地電壓；

U2:電機側側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，按照規范要求對電纜重新排列布置，確保從驅動電機側中性點接線箱引至高壓開關柜的電流信號電纜遠離電壓互感器、避雷器、電容補償裝置等干擾源，消除干擾信號。

經過以上處理后，重新對3號壓縮機組進行投運，3號壓縮機組運行至今，驅動電機電源側斷路器未出現任何形式跳閘。

4 結論
a、大功率電機采用通用式縱差動保護，要根

據現場實際情況，充分考慮驅動電機電源側與電機側異地電位，對驅動電機電源側與電機側電流互感器合理接地。

b、在工程設計、施工以及驗收中嚴格執行國家標準和規范，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時，電纜間安全距離一定要滿足規范要求。

參考文獻

[1] 劉學軍主編《繼電保護原理》中國電力出版社,2004.

[2] 中國航空工業規劃設計研究院 組編《工業與民用配電設計手冊》第三版 中國電力出版社,2005.

[3] 中國電力工程顧問集團西南電力設計院. GB-50217-2007電力工程電纜設計規范[S]. 北京: 中國設計出版社,2008.