高压电动机不采用纵差动保护_电动机差动保护误动原因分析与对策
时间：2019-05-27 03:29:21 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
中图分类号：TM452 摘要：随着新建火力发电动机组容量地不断扩大，相应的辅机容量随之增大，纵联差动保护作为2MVA及以上高压电动机的主保护得到了越来越广泛地应用。介绍了电动机纵联差动保护，并针对纵联差动保护经常误动的情况，分析了电动机纵联差动保护误动作的原因，并给出了相应地解决办法，以确保机组地安全稳定运行。
关键词: 差动保护电流互感器不平衡电流
Abstract: along with the newly built thermal power motivation group capacity expands unceasingly, the corresponding auxiliary capacity increases, longitudinal differential protection of high voltage motor as2MVA and above the main protection is applied more and more widely. Introduces motor differential protection, and for longitudinal differential protection maloperation analysis often, motor differential protection maloperation cause, and gives corresponding solutions, to ensure the safe and stable operation of unit.
Key words: differential protection current transformer current balance
0 引 言
随着电力行业的不断发展，新建火力发电动机组容量越来越大，相应的辅机容量也随之增大。根据第9.6.1条的规定：2MVA及以上的电动机应装设纵联差动保护。对于2MVA以下中性点具有分相引线的电动机，当电流速断保护灵敏性不够时，也应装设本保护。在纵联差动保护的实际应用中，经常由于两侧电流互感器的相序、极性连接不当或电流互感器本身选择不合理等原因误动作，严重影响主要辅机的正常运转，危及机组地安全运行。为解决这个问题,须找出差动保护误动作的原因,并提出切合可行的改进措施。
1 纵联差动保护介绍
由图1可见，在不考虑电流互感器励磁电流影响的情况下，当电动机正常运行时，流过电动机绕组两侧的电流一致。以A相电流为例，电动机一次侧的电流Ia1和Ia2大小相等，方向一致，经过电流互感器转换到二次侧电流分别是Ia1’和Ia2’，从理论上讲Ia1’和Ia2’也应大小相等，方向一致。这样，流过纵联差动保护装置内部差动元件的电流就为零，差动保护不动作。当电动机内部发生相间短路故障或差动保护范围内的电缆发生了相间短路故障时，流过电动机绕组两侧的电流发生了变化。如图1所示故障点发生相间短路时，Ia1为短路电流，Ia2为零，此时流过差动保护装置内部差动元件的电流就是Ia1’，差动保护动作，发出跳闸指令，开关跳闸，将故障设备切除。为了便于接下来的定量分析，我们定义差动电流为：Ida=| Ia1’- Ia2’ |，Idb=| Ib1’- Ib2’ |，Idc=| Ic1’- Ic2’ |，制动电流为：Iza=| |，Izb=| |，Izc=| |。
图1 纵联差动保护原理图
2 人为造成的差动保护误动作的原因分析及对策
造成差动保护误动作的原因有很多，下面介绍造成差动保护误动作的人为原因及相应的对策。
2.1 绕组两侧的电流互感器相序接线错误
如果两侧的电流互感器由于接线的错误，造成相序的不对应，肯定会产生差动电流。主要有两种情况。
2.1.1 两个电流互感器相序不对应。例如电源侧的电流互感器相序为A、B、C，而定子中心点侧的电流互感器相序为C、B、A。假设电动机现在定子的电流为I，计算得：Ida=Ia1"-Ic2"= I，Idb =0，Idc=Ic1"-Ia2"= I，Iza= =0.5I，Izb=I，Izc= =0.5I。
2.1.2 三个电流互感器相序全不对应。例如馈电侧的电流互感器相序为A、B、C，而定子中心点侧的电流互感器相序为B、C、A。假设电动机现在定子的电流为I，计算得：Ida= I，Idb = I,Idc= I, Iza=0.5I, Izb=0.5I，Izc=0.5I。
根据上面的分析，现场调试人员从保护装置中读出每相的差动电流和制动电流就可以判断出哪几相相序不对。但是知道互感器的哪几相相序不对还不够，如何才能分析出是哪一侧的互感器相序错了，在一些比较先进的微机保护装置中能够看到电动机定子两侧电流的相序，故很容易判断调整。但在有些微机保护装置不能够看到电动机定子两侧电流的相序，我们一般调整电动机定子中心点侧的电流互感器相序，由于差动保护和过流保护都是从同一个互感器不同二次线圈取电流，如果电动机馈电侧的相序不对的话，电动机的负序保护会动作。
2.2 电流互感器的极性不对
在绕组相序正确的情况下，电流互感器的极性不对，主要有三种情况：
2.2.1 一个电流互感器极性不对应，例如定子中心点侧的A相电流互感器的极性反了，假设电动机现在定子的电流为I，计算得：Ida=2I，Idb =0，Idc=0，Iza=0, Izb=I， Izc=I。
2.2.2 二个电流互感器极性不对应，例如馈电侧的A,B相电流互感器的极性反了，假设电动机现在定子的电流为I，同理可以计算得出：Ida=2I, Idb =2I,Idc=0, Iza=0, Izb=0，Izc=I。
2.2.3 三个电流互感器极性不对应，例如馈电侧的A,B,C 相电流互感器的极性反了，假设电动机现在定子的电流为I，同理可以计算得出：Ida=2I, Idb =2I,Idc=2I, Iza=0, Izb=0，Izc=0。
根据上面的分析只能知道互感器的哪几相极性不对，但不能分析出是哪一侧的互感器极性错了，在一些比较先进的微机保护装置中能够看到电动机定子两侧电流的相序，如果极性不对很容易判断调整。但在有些微机保护装置不能够看到电动机定子两侧电流的相序，我们一般调整电动机定子中心点侧的电流互感器相序，由于差动保护和过流保护都是从同一个互感器的不同二次线圈取电流，如果电动机馈电侧的相序不对的话，电动机的负序保护会动作。
2.3 两侧电流互感器的变比不同
对于两侧电流互感器变比不同引起差动电流，我们可以在保护装置中查看同相两侧电流是否成一定的比例来判断，在保护装置的参数设置中改变电流互感器的换算系数来弥补两侧电流互感器的变比不同。一般情况下两侧电流互感器的特性和变比都要求相同，由于订货错误等原因使得电源侧的电流互感器和电动机中心点侧的互感器特性不同，在发现变比不同时应尽快检查两侧的互感器，尽量更换互感器使两侧互感器的特性一致。另外某一侧电流互感器被短路和断线都会产生差流，这种情况只需在保护装置中查看两侧电流就能很快发现。
3 电动机启动过程中差动保护误动原因分析及对策
3.1 电动机启动过程中造成差动保护误动的原因分析
电动机启动过程中, 定子启动电流中不但有基频交变分量, 还存在着非周期分量和低频交变分量。其中, 非周期分量电流很快衰减至零, 低频交变分量的频率随转速升高而增大, 随转子的非周期电流的衰减并很快衰减至零。电动机在启动过程中含有较大的非周期分量即谐波分量, 同时启动电流较大（一般为电动机额定电流的6～8倍），对于风机类和研磨类的电动机启动时间很长。假如电动机带载启动，这个启动时间会更长。所以, 如果在设计差动保护时对此考虑不周, 在启动过程中的发生误动的可能性非常大。从电流互感器( TA) 二次负载分析, 启动过程中特别是在低转速时启动电流较大, 由于差动保护两侧TA 的特性差异, 会造成较大的不平衡电流, 可能导致差动保护的误动。发电厂中, 由于电动机的装设位置距离电源柜比较远，考虑经济和体积等因素, 差动保护采用的两组TA容量基本相同，一组装于电源开关柜内, 另一组装于电动机本体的三相绕组中性点处，差动保护装置安装在开关柜上。即使两侧TA的特性相同，两者的负载仍有较大的差别，电动机中性点TA由于负载大，在启动时达到的饱和程度要比开关柜内的TA深得多，饱和的时间和电动机启动时的负荷有关。在正常工作情况下, 中点侧TA已接近于满负荷，电动机启动时由于TA饱和，在差动回路产生的差流足以造成差动保护误动。
3.2 防止电动机启动时差动保护误动的措施
在工程实际中，可以采用以下几种方式来减少和防止电动机启动时差动保护的误动。
（1）引起差动保护误动的不平衡电流决定于两侧电流互感器的相对误差而不是单个电流互感器的误差，因此只要两侧电流互感器的负载能匹配就可大大降低差动不平衡电流。
（2）在设计时，使用容量更大的TA。对于已经安装完成且无法更换TA的情况，可将中性点侧电流互感器的一组备用绕组与原绕阻顺向串联，使中性点侧容量增大，同时将中性点侧电流互感器电缆一根备用芯与中性线并联使用，降低中性线负载阻抗。
（3）减小中性点TA 的二次负载。通过增大二次电缆的截面积来减少回路阻抗，对于减少TA二次负载有很大帮助。
（4）选用二次电流较小的的TA（比如选用二次电流为1A）。由于TA的二次负载与二次电流的平方成正比，所以TA的变比对二次负载的影响非常大。
（5）提高差动电流和差动制动系数。但这样会降低保护在正常工作时的灵敏度。在灵敏度要求不高的情况下，可以适当提高差动电流和差动制动系数来降低差动保护误动的几率。
4 结束语
作为发电厂中大容量电动机主保护的纵联差动保护，其是否安全可靠，直接决定了电动机能否安全运行，从而影响到整个电厂的正常生产。所以在使用差动保护时，需要设计人员全面考虑各种不利因素，合理设计，同时要求安装和调试人员认真仔细。制造商也应采取多种方法判断出电动机启动，采取有效措施防止误动。目前纵联差动保护对于电动机冷启动已经能够比较准确地判别，而对于热启动的判断还较难，制造需要商结合电动机各种运行情况不断完善差动保护装置。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
