功率大于2000kW的高压电机差动保护方式的选择

功率大于2000kW的高压电机差动保护方式的选择

冯转玲

（山西新唐工程设计股份有限公司山西太原030032）

【摘要】介绍了功率大于2000kW的高压电机变频器起动及软起动器起动时差动保护的选择以及这两种起动方式在实际应用中的电气接线，纵联差动保护与磁平衡差动保护的共同点及不同点，优点及缺点。差动保护时选用的电流互感器精度、容量及变比的选择。

【关键词】纵联差动保护；磁平衡差动保护

【中图分类号】TU856【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2016）22-0168-02

《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》中明确规定2000kW及以上的电动机，或电流速断保护灵敏系数不符合要求的2MW以下电动机，应装设纵联差动保护。

功率大于2000kW的高压电机，一般来说常用的起动方式有两种（1）变频器起动。（2）软起动器起动。一般如此大功率的电机原则上来说不推荐选择直接启动的启动方式。下面我们来具体论述一下以上两种起动方式时，高压电机差动保护的电气接线。

1.变频器起动时高压电机差动保护的选择有两种方式

磁平衡差动保护和普通纵联差动保护。

1.1磁平衡差动保护时，差动保护的电气接线。

4TA为磁平衡差动线圈，放置于高压电机内部（电机订货要求中一定要写到，并明确电流互感器变比及保护级别、容量等），在电机本体上带有磁平衡差动电流互感器，然后把电流互感器信号接至高压综自保护装置中。注意电动机综自保护装置一定要求是磁平衡差动保护装置（有些综自保护厂家磁平衡保护和电机普通纵联差动保护装置为一个保护装置，装置内部可以设置）。具体接线如图一所示。磁平衡差动保护不受电机起动方式的选择，选择任何起动方式的高压电机均可采用磁平衡差动保护，但是必须在电机订货时要求电机厂家在电机内部磁平衡差动线圈。

1.2变频器起动时，普通纵联差动保护的电气接线。

由于电机采用变频器起动方式，变频器上侧及下侧电流有变化不一样大，故不能做作为纵联差动保护的取样电流。这时差动电流的取样点必须取自于变频器下侧出口4TA处及电机本体中性点处5TA，具体详见图二。在高压变频器订货时一定要明确指出纵联差动保护时用电流互感器的安装位置、变比、保护级别、容量。电机末端中性点差动电流互感器也一定要在电机的订货资料中写到，并且也一定要写到电流互感器变比、保护级别、容量。且电流互感器4TA及5TA的所有参数必须相同。这时高压电机的微机综自保护装置就由两个组成，第一台保护装置为线路保护装置（安装于对应高压柜上），保护由高压柜至变频器的高压电缆；第二台综自保护装置（安装于对应高压变频柜上或者单独安装于一个柜子上）为电动机纵联差动保护装置，保护范围为高压变频下出口至电机包括电机在内。

2.软起动器起动的高压电机纵联差动保护时的电气接线。

高压电机使用软起动器起动时，软起动不会引起软起动器上下侧电机电流变化，所以纵联差动保护电流取样点一侧取自高压柜电流互感器4TA，另一个电流取样点取在高压电机电机末端中性点差动电流互感器。电机末端中性点电流互感器5TA一定要在电机的订货资料中写到，并且也一定要写到电流互感器变比、保护级别、容量。且电流互感器4TA及5TA的所有参数必须相同。这时高压电机的微机综自保护装置就只有一台普通纵联差动保护装置。具体接线详见图。

上面我们就功率大于2000kW的高压电机的差动保护电气接线进行了分析，下面我们就磁平衡差动保护和普通纵联差动保护的优缺点进行比较：

（1）电动机普通纵联差动保护一侧电流互感器装设在高压开关柜上，另一侧电流互感器装设在电动机末端中性点侧。一般情况下，电动机距高压开关柜较远，虽然两侧电流互感器型号，变比相同，但是因为中性点侧电流互感器有较长的二次电缆，所以两侧电流互感器的二次阻抗处于严重不匹配状态，造成电动机起动时差动回路中有较大的不平衡电流。

为防止纵联差差动保护在起动过程中发生误动作，常规纵联差动保护采取以下两种措施减少电机起动过程中差动装置的动作。一种措施是将综自保护装置内制动特性的最小动作电流和制动特性斜率适当提高甚至加倍，这种措施的缺点是明显降低了起动过程中纵差保护的灵敏度；为躲过外部短路故障时电动机反馈电流或外部短路故障切除电动机自起动电流产生的不平衡电流，正常运行时保护灵敏度也受到限制。另一种措施是将纵差保护分成起动过程中的纵差保护和正常运行时的纵差保护，定值分开独立整定。这种措施与第一种措施无本质区别，因而具有相同的缺点，而且如果将纵差保护定值分为起动过程中及正常运行时，那么起动时间的设置也是影响纵差保护正确的一个重要因素。至于按躲过起动电流影响来整定参数的纵差保护，因不采取任何措施，所以灵敏度降得更低。

在理论上，上述常规纵差保护提高灵敏度最有效的措施是在开关柜电流互感器二次进行阻抗补偿，介接入与另一侧等长的相同的二次电缆，但实际上做起来确实非常的困难，难以实现。

因此，常规纵差保护在上述情况下灵敏度都受到限制，具有较大定子绕组相间短路故障死区，这不能不说是常规纵差保护的一个严重缺点。

在常规纵差保护时，电流互感器二次侧变比为1A，或者5A，差动用电流互感器的精确级别为5P20。电流互感器二次侧变比选用1A还是5A，应根据高压开关柜距离电机的位置，然后经过计算自可得知，此处不做解释。

（2）磁平衡纵差保护，即将电动机端一次电流与中性点一次电流直接做差构成的纵差动保护，电流互感器安装在电动机处。磁平衡纵差动保护也可称磁平衡纵差动保护。电动机的磁平衡差动保护可灵敏反应定子绕组的相间短路故障（含定子绕组对另两相中性点短路），不反应定子绕组的匝间短路和定子绕组的断线故障。就反应故障类型来说，与常规纵差保护并无区别。但是电动机起动、外部短路故障电动机的反馈电流、外部短路故障切除自起动过程中不会形成不平衡电流，不会引起差动装置的误动作，有效的提供了保护的灵敏度。这点与常规纵差保护绝对不同。而且磁平衡差动保护电气接线简单。

因此，在实际中还是推荐使用磁平衡差动保护作为电机的差动保护。

参考文献

[1]许正亚主编.发电厂继电保护整定计算及其运行技术[M].北京:中国水利水电出版社，2009.

[2]能源部西北电力设计院，电力工程电气设计手册（1、2册），北京，水利电力出版社，1989.

[3]刘学军主编.继电保护原理[M].北京:中国电力出版社，2004.

[4]中国航空工业规划设计研究院，《工业与民用配电设计手册》，北京:中国电力出版社，2005.