磁平衡式差動(dòng)保護(hù)在大型高壓電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

楊永嘉

摘 要：傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)受電流互感器飽和特性的影響，實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)誤動(dòng)的情況。本文在與傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)相比較的基礎(chǔ)上，分析研究了電動(dòng)機(jī)磁平衡式差動(dòng)保護(hù)的工作原理及性能特征。通過對(duì)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行、起動(dòng)、以及區(qū)內(nèi)、外故障的分析，給出了磁平衡式差動(dòng)保護(hù)的整定原則。研究表明磁平衡式差動(dòng)保護(hù)能夠大大提高電動(dòng)機(jī)保護(hù)的靈敏性和可靠性。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；磁平衡式差動(dòng)保護(hù)；電流互感器；中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

一般對(duì)于容量為2000kW以上或容量雖小于2000kW，但電流速斷保護(hù)靈敏度不滿足要求的重要電動(dòng)機(jī)，需要裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，以反應(yīng)電動(dòng)機(jī)的相間短路故障。然而，傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在出現(xiàn)外部故障時(shí)會(huì)有誤動(dòng)的情況，同時(shí)，大型電動(dòng)機(jī)一般接入中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流小，傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不能動(dòng)作，而磁平衡式差動(dòng)保護(hù)接線簡(jiǎn)單，靈敏度和可靠性高，使用效果較好。

本文討論了高壓電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)與磁平衡式差動(dòng)保護(hù)的區(qū)別，對(duì)其原理進(jìn)行了分析，并研究了磁平衡式差動(dòng)保護(hù)的整定原則。

1 傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理接線示意圖如圖1：

二次差動(dòng)回路中的差電流為：Iop=︳?1+?2 ︳（1）

電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，電流互感器CT1、CT2二次側(cè)回路差電流為零，保護(hù)裝置不動(dòng)作。而當(dāng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障時(shí)，差電流很大，此時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。顯然，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，需要6個(gè)電流互感器和3個(gè)電流繼電器。為了保證差動(dòng)保護(hù)的靈敏性和外部故障的可靠性，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)一般都采取比率制動(dòng)方法。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)由于差動(dòng)繼電器兩臂的電流互感器在電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)過程中的暫態(tài)特性往往難以完全一致，導(dǎo)致不平衡電流增大，同時(shí)受電流互感器特性的影響，當(dāng)CT進(jìn)入飽和時(shí)，差流增大，可能會(huì)發(fā)生誤動(dòng)。

2 磁平衡式差動(dòng)保護(hù)

磁平衡式差動(dòng)保護(hù)，又叫自平衡式差動(dòng)保護(hù)，是利用磁通平衡的原理，其一、二次原理接線示意圖如圖2：

由圖可知，磁平衡式差動(dòng)保護(hù)包含3個(gè)自平衡互感器及3個(gè)電流互感器。其基本原理是將進(jìn)入電動(dòng)機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)的同名相穿過同一個(gè)CT，利用磁勢(shì)平衡原理實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)。在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行和啟動(dòng)過程中，流入各相始端的電流和流入中性點(diǎn)端的電流為同一電流，對(duì)于磁平衡電流互感器而言，該電流一進(jìn)一出，互感器處于磁平衡，則二次側(cè)不產(chǎn)生電流，保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)相間短路或接地故障時(shí)，故障電流破壞了電流互感器的磁通平衡，二次側(cè)產(chǎn)生電流，當(dāng)電流達(dá)到整定值時(shí)啟動(dòng)電流繼電器，保護(hù)正確動(dòng)作。

正常運(yùn)行及起動(dòng)情況下，流過電動(dòng)機(jī)各相磁平衡互感器一次側(cè)的不平衡電流為各相等效對(duì)地電容電流，不平衡電流很小，整定值可以很低，區(qū)內(nèi)故障時(shí)有很高的靈敏度，區(qū)外故障以及起動(dòng)過程中具有很高的可靠性，性能優(yōu)于縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

3 兩種保護(hù)方案的比較

3.1 保護(hù)接線以及電流互感器方面

傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)中需要6個(gè)CT，接線復(fù)雜，價(jià)格較高，最大的缺點(diǎn)在于易引起誤動(dòng)；磁平衡式差動(dòng)保護(hù)中只需要3個(gè)CT，接線簡(jiǎn)單、可靠，價(jià)格較低。

3.2 保護(hù)性能方面

傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)主要反應(yīng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的相間短路故障，其整定計(jì)算需要考慮躲過的最大不平衡電流，因此單相接地短路時(shí)由于故障電流太小，傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)一般不具有足夠的靈敏度動(dòng)作于跳閘。同時(shí)，由于變電所一般離電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)，中性點(diǎn)側(cè)CT要承載過多電纜電阻負(fù)載，這樣會(huì)使CT提前進(jìn)入飽和，從而電流增大，傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)會(huì)誤動(dòng)作。

3.3 互感器裝設(shè)位置

磁平衡互感器一般裝設(shè)在電動(dòng)機(jī)出線處，保護(hù)范圍僅僅是電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。而傳統(tǒng)的電流縱差保護(hù)可以安裝在供電電纜的開關(guān)柜出口處，因此其保護(hù)范圍可以包含電動(dòng)機(jī)以及供電電纜。

3.4 磁平衡式差動(dòng)保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用

在大型電動(dòng)機(jī)試車過程中，會(huì)出現(xiàn)諸多問題，磁平衡保護(hù)經(jīng)常會(huì)受外部干擾而誤動(dòng)作，使電動(dòng)機(jī)無法正常運(yùn)行。因此，這就要求在磁平衡互感器二次側(cè)接線時(shí)，要求一點(diǎn)接地，而不能采用多點(diǎn)接地，因?yàn)椴煌慕拥攸c(diǎn)之間會(huì)形成壓差從而形成環(huán)流，再加上外部干擾的疊加，使磁平衡保護(hù)誤動(dòng)作，建議在保證可靠性與靈敏性的前提下調(diào)高保護(hù)定值。這些措施都能極大地提高保護(hù)的可靠性，使電動(dòng)機(jī)能夠正?？煽康剡\(yùn)行。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益

磁平衡式差動(dòng)保護(hù)在大型電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，使電動(dòng)機(jī)能夠安全可靠的運(yùn)行。從而保證了生產(chǎn)和電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。如果大型電動(dòng)機(jī)沒有磁平衡式差動(dòng)保護(hù)，而僅有速斷保護(hù)，當(dāng)電機(jī)本體發(fā)生短路故障時(shí)，由于速斷定值較大，不能及時(shí)的切斷電源，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。而傳統(tǒng)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)容易產(chǎn)生誤動(dòng)作，每次誤動(dòng)作都會(huì)造成幾十萬的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)

[1]脫子林，楊國(guó)旺.磁平衡差動(dòng)保護(hù)在高壓電機(jī)上應(yīng)用與實(shí)踐[A].2014鋼鐵企業(yè)設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷技術(shù)與無損檢測(cè)交流會(huì)論文集[C].2014：125.

[2]脫子林.高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)的改進(jìn)與應(yīng)用[A].2011年全國(guó)鋼鐵企業(yè)供用電專業(yè)年會(huì)[C].2012：24.

（作者單位：大慶石化煉油廠）