淺析高壓電動機的差動保護

1、淺析高壓電動機的差動保護 摘 要：電動機不同差動保護方式的選擇應進行綜合考慮。 通過分析高壓電動機的縱聯差動保護及自平衡式差動保護的工作原理及其在應用中可能存在的問題， 提出了在實際工程設計中應如何選擇高壓電機的差動保護方式。 關鍵詞：電動機；縱聯差動保護；自平衡式差動保護 根據相關設計規(guī)范的要求 ，容量在 2 000 kw及以上電動機的電流速斷保護不能滿足靈敏度要求時 ，應裝設差動保護 。該保護的目的在于防止電動機或線路故障導致的事故擴大， 使其對安全生產運行的影響盡可能小 。本文從近幾年工程設計中常用的這兩種差動保護方式出發(fā)， 分析了在工程應用中可能存在的問題及解決辦法， 提出了在工程設計

2、過程中應注意的問題 。 1 高壓電動機差動保護的接線原理 目前國內高壓電動機常用的差動保護主要有縱聯差動保護及自平衡式差動保護 。 1 .1 該保護需在電源高壓開關柜內及電動機定子線圈中性點附近各安裝 3 只電流互感器 ta ， 利用二次側環(huán)流產生的不平衡電流啟動差動繼電器。 1 .2 自平衡式差動保護接線方案 該保護的接線方式只在電動機中性點附近裝設 3 只電流互感器 ta（安裝于電動機接線盒內）， 比圖 1 中的接線方案減少了 3 只電流互感器。由于電動機每相繞組始末引線分別進 、出磁平衡電流互感器的環(huán)形鐵芯窗口一次 ， 各相始端 與終端電流一進一出 ，互感器一次安匝數為零，因此電動機正常

3、運行或啟動過程中磁通平衡 ，每相電流互感器內的電流矢量和為零， 自平衡互感器二次側不產生環(huán)流 。當電動機內部故障時 ，故障電流破壞了磁通平衡 ， 二次側產生環(huán)流啟動差動繼電器 kd，保護跳閘切斷電源 。 2 高壓電動機差動保護存在的問題上述常用的兩種保護方式在實際應用中存在以下問題 。 2 .1 常規(guī)縱聯差動保護存在的主要問題 1）目前大多數石油化工企業(yè)新建生產裝置中，用電設備與變電所的平均距離基本都在 300m 左右甚至更遠 ， 因此很容易造成電流互感器二次負載不匹配， 即電動機啟動時的激磁涌流會使電動機中性點側電流互感器過飽和而開關柜側電流互感器未飽和 ，從而產生不平衡電流 。雖然在兼顧靈

4、敏度的情況下可通過提高差動動作電流和差動制動系數來躲過不平衡電流， 但是電動機啟動中的電流暫態(tài)過程比較復雜， 上述解決方法并不一定能可靠地躲過啟動過程中產生的不平衡電流。另外 ，在工程設計中 ，常采用加大二次電纜截面的方法減小電流互感器二次回路阻抗 ，從而減 小不平衡電流。 2）國內微機保護裝置的數字信號處理大多是基于傅立葉變換 ， 而且一般保護裝置都設置低通濾波器 ，這就導致傅立葉變換的基波頻率跟蹤范圍大約是 45 55 hz， 遠小于變頻器頻率變換范圍 。因此，對于使用微機綜合保護裝置的電動 機回路來說， 如果是變頻器-電動機回路， 不應將變頻器納入到縱聯差動保護的范圍 。如一定要將變頻器

5、納入到保護范圍內 ，工程設計中可采用傳統電磁型保護代替微機保護裝置。 2 .2 自平衡式差動保護存在的問題 1）由于企業(yè)電網結構及生產規(guī)模不同 ， 而自平衡式差動保護只能保護電機內部故障 ，對于其電源線路需單獨設主保護 。如果裝設常規(guī)速斷保護，在系統短路容量較小 、機組容量過大或線路過長時 ，很有可能造成高壓電纜不能全部在保護范圍之內的問題 ，即存在死區(qū)，這也是常常被設計工作者忽略的問題。天津某石化項目就出現了類似情況 ，該項目中主風機由一臺 14 000 kw 的異步電動機拖動，供電電壓為 10 kv ，10 kv 母線短路電流為 8.59 ka ，供電線路長約為 500 m ， 當電動機機

6、端短路時 ，流過保護安裝處的短路電流約為7 .97 ka 。 根據工業(yè)與民用配電設計手冊 的繼電保護整定要求，電流速斷保護一次側的動作 電流可計算得到為 4 761.1 a ， 保護裝置的靈敏系數為 1.67 。上述計算結果表明靈敏系數小于2 ， 不能滿足要求 ， 該電機如采用自平衡式差動保護，則其電源線路應單獨設主保護 ，并且應考慮防止保護死區(qū)。值得注意的是 ，該設備是長周期訂貨設備，訂貨在設計的初期便開始了，由于沒有系統參數，設計中選用了自平衡式差動保護，在得到業(yè)主提供的系統參數后 ，經核算發(fā)現了上述問題并及時通知了電動機制造廠， 才避免了不必要的損失 ，這也是以后設計中應注意的問題 。

7、2）自平衡電流互感器安裝于電動機本體 ， 如果二次電纜距離過長或電流互感器容量選擇較小，可能會出現電流互感器二次負載不匹配導致的保護拒動。與縱聯差動保護一樣， 工程設計中可采用加大二次電纜截面的方法減小電流互感器二次回路阻抗 。 3）由于電流互感器為穿芯式結構 ， 如選擇安裝在電動機本體上， 必須采用一個主接線盒 ，又由于受到電氣間隙的限制， 主接線盒不能做得過小。因此 ，對于中心高較低的電動機不宜采取此安裝方式 。3）規(guī)約對比原理 。 從遙控過程及遙控命令格式中不難看出 ，遙控的正確性取決于 ：集控主站下發(fā)的遙控命令是否包含與某一特定的一次設備相對應的開關序號 ；遠動設備接收到包含這一特定開

8、關序號的遙控命令后， 是否能正確地動作到相應的一次設備。在改進的試驗方法中 ，遠動設備與調度主站之間進行過遙控功能聯動操作試驗 。同時，因為遠動設備向集控主站的遙控轉發(fā)點號與向調度主站的遙控轉發(fā)點號嚴格地保持 一致 ，遠動設備接收到集控主站下發(fā)的包含這一特定開關序號的遙控命令時， 也能正確地動作到同一個一次設備 。 4 改進遙控試驗方法的優(yōu)點 改進的遙控試驗方法與傳統遙控試驗方法相比，最大的優(yōu)點在于不需要停電。這就避免了供電企業(yè)損失大量的供電量 ，減輕了頻繁的停、送電操作給安全生產帶來的壓力， 同時也方便進行遙控試驗，有效地加快了試驗進度。通常一個無人值班變電站的遙控試驗， 從做安全措施到抽測 、規(guī)約對比，整個過程僅需要半天的時間。 5 結語 在河南新鄉(xiāng)供電公司府城集控站的建設中，對傳統遙控試驗方法進行改進， 提出了 “抽測 +規(guī)約對比”的改進遙控試驗方法。該方法明顯加快了集控站建設的進度， 有效地提高了生產效率，并避免了設備停電而損失供電