一起高压电机保护误动作分析
万华化学（宁波）有限公司的研究人员于洪乾、闫祥申、赵小伟，在2017年第7期《电气技术》杂志上撰文，介绍一起高压电动机运行期间跳闸事件，结合现场实际及后期试验进行研究分析，找出低电压保护误动原因并提出解决对策，为电动机保护逻辑设计提供借鉴与参考。
2016年4月20日某公司变电站试验人员在从事技改新增高压柜继电保护试验期间运行中的3台高压电动机跳闸。其中关键设备空压机的跳停直接导致下游主产品被动降负荷两小时，公司产业链配合调整，事故最终导致主产品产量损失300吨，直接经济损失达数百万元。对跳闸事件的分析有助于查清事故原因，汲取经验教训，防止类似事故再发。
1 系统简介
该公司高压电动机普遍采用10kV电压等级。10kV系统采用单母线分段运行方式，10KV母线侧设置了母线联络开关，当其中一路电源故障或停电时母线联络开关通过备自投装置逻辑控制自动投入运行。本次事故发生在其中一段母线上，另一段母线设备正常运行。
高压电动机保护装置采用西门子公司生产的7SJ68微机保护装置。电动机（异步）保护配置包含：电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、单相接地保护、低电压保护等。本次事故中跳闸的3台高压电动机均为异步电机。
2 事故过程
14：36分试验人员在变电站对技改新增高压柜进行CT耐压试验时导致10kV I段母线PT二次总开关ZKK（以下简称ZKK）跳闸。
14：41分电气值班人员在对ZKK开关进行复位时造成C112、C100、H060C等3台运行高压电机跳闸，跳闸原因“低电压保护动作”。10kV I段其余8台运行高压电机综保装置“低电压”保护指示灯均点亮但断路器未跳闸。
图1 F47柜1JKK状态
图2 误跳闸设备
3 事故分析
3.1 ZKK跳闸分析
1）试验前隔离措施中未将F47柜内PT二次开关1JKK（以下简称1JKK）断开。10kV I段PT系统图如图1所示；
2）试验人员在进行CT试验时出现误操作：本应将本柜CT二次侧短接对地，结果将PT二次侧短接对地，短路瞬间电流较大；
图3 I段PT系统图
3）上下级开关保护配合不合理： ZKK使用的开关额定电流（IN）为3A，动作曲线B（图2所示），动作电流为3-5倍IN，即（9-15A）。F47柜内PT开关1JKK额定电流为1A，动作曲线C，动作电流5-10倍IN，即（5-10A）。上下级两个开关动作电流有重叠部分，在短路电流较大时动作没有选择性。该事件中上级ZKK开关优先动作跳闸。
图4 C65N系列B/C型动作曲线
3.2 ZKK复位时3台运行设备误跳闸分析
ZKK复位后，11台运行设备只有C112、C100、H0601C等3台设备跳闸，跳闸原因为“低电压动作”。
高压电机低电压动作条件是：1)PT开关无闭锁信号（闭锁信号指PT二次开关辅助接点跳开或断开，开关在合位即表示无闭锁信号发生）；2)无PT断线信号；3)三相电压小于动作值。
图5 低电压动作条件
运行设备误跳闸可能的原因分析：
ZKK复位前，低电压三个条件的状态是：1）运行设备1JKK开关未跳闸， PT开关无闭锁信号；2）PT三相断线的判断条件是U<8V 且I>0.25A。ZKK跳闸后U为0，运行设备工作电流I>0.25A，PT断线信号条件满足，即无PT断线信号不满足；3)ZKK跳闸后，三相电压为0V，低于动作值（60V）。
由上述分析可知ZKK复位前低电压条件1）与条件3）均满足。
ZKK复位后，PT断线信号与低电压故障信号同时开始复归。首先当电压恢复至大于8V后PT断线信号条件不满足（即无PT断线条件满足），此时低电压条件2）满足，三个条件均满足后低电压保护出口。
当电压继续恢复至大于低电压动作值（60V）后，低电压动作才开始复归，保护动作出口取消。
下面从两种情况进行推理分析：1）若低电压保护从出口到出口取消的时间间隔小于真空断路器的固有动作时间，则断路器不会动作；2）若低电压保护从出口到出口取消的时间间隔大于真空断路器的固有动作时间，则断路器将会动作跳闸。运行中跳闸的3台设备即属于情况2），其余运行设备未跳闸属于情况1）。
4 试验验证
4.1 试验目的
选取与事故站设备状态相近的另外一个非关键站，通过模拟4月20日事故时的状态，进一步验证事故原因。
4.2 试验对象
两个站开关柜厂家一致、投运时间一致、综保装置保护配置一致，可以作为试验对象。选取B11、B13柜作为试验对象。
4.3 试验工具
继保之星1套；万用表 1台
4.4 试验步骤
以B11柜为例：1）将B11柜的电流信号、电压信号连接片断开；2）给B11柜故障继电器KOF1加直流220V电压，测量KOF1的动作时间；3）给B11柜7SJ68综保装置加电流信号（0.3A）及电压信号（100V）；4）断开电压信号；5）1分钟后，恢复电压信号ZKK，记录7SJ68综保装置状态、断路器状态、指示灯状态；6）重复3）-5）步骤10次，记录结果，见表1；
B13柜试验步骤同B11柜，试验结果见表2。
表1 B11开关柜试验结果
备注：10次试验中2次断路器跳闸。
表2 B13开关柜试验结果
备注：10次试验中2次断路器跳闸。
表1、表2两组试验结果表明：1）20次试验中低电压保护出口均动作说明ZKK复位时，PT断线闭锁复归先于低电压保护复归，否则高压电机低电压动作条件2）不满足；2）故障继电器KOF1出口命令维持时间≥13ms时，断路器即会动作跳闸。
5 对策措施
从以上分析及试验可以看出7SJ68综保装置低电压保护逻辑设置时考虑到电压丢失时闭锁跳闸信号，但前期设计时未考虑到电压复归时闭锁解除与动作出口复归二者的配合时限问题。
对策措施如下：
短期措施：在母线PT柜处张贴 “PT二次开关跳闸复位前必须临时解除运行设备低电压保护压板待保护复归后投入低电压保护压板”。
长期措施：高压电机综保装置PT断线闭锁解除逻辑中增加100ms短延时并测试，确保PT二次开关跳闸复位时不会引起保护误动联锁设备跳闸。
6 总结
本文通过对现场一起高压电动机低电压保护误动作事件进行分析并通过试验验证找出故障原因，在此基础上提出对策措施，为同行业电动机保护逻辑设计提供借鉴与参考，避免同类事件再次发生。