一起高压电动机群负序电流保护动作事件的分析

一起高压电动机群负序电流保护动作事件的分析
姜思敬;李金泉
【摘要】Based on a plant with the other fault caused by negative sequence current protection accident analysis, analyzes the causes of motor of negative sequence current and its influence on protection, at the same time setting method of microcomputer protection device of high voltage motor of the negative sequence overcurrent protection setting value is discussed and improved, according to the factory 6kV high voltage motor specific systems and equipment parameters of the constant optimization of negative sequence protection.%通过对某厂一起其他故障引起负序电流保护事故的分析,分析了电动机负序电流的产生原因和对保护的影响,同时对高压电动机的微机保护装置其负序过流保护定值的整定方法进行了探讨和改进,根据该厂6kV高压电动机具体系统和设备参数对负序保护进行了定值优化.
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2017(000)001
【总页数】3页(P37-39)
【关键词】负序电流;微机保护;误动
【作者】姜思敬;李金泉
【作者单位】徐州华润电力有限公司,江苏徐州,221000;徐州华润电力有限公司,江苏徐州,221000
【正文语种】中文
某厂一期机组6kV公用02段母线一负荷，即至补水02段电源电缆因施工被挖坏，造成BC相间接地短路，补602开关综保过流一段动作，同时造成同一段母线的
正在运行的三台高压电动机51皮带机、A2冲洗水泵、A2除灰空压机“负序一段过流保护动作”跳闸。

此次事件中，“负序一段过流保护”动作造成三台电动机跳闸，故首先对负序电流的产生和整定方法做简要分析。

1.1 负序电流的产生
高压电动机产生负序电流，主要有以下3种情况，包括1）电源电压不平衡，2）
外部发生不对称短路，3）定子一相断线等。

1.1.1 电源电压不平衡产生的负序电流
设母线不平衡电压产生的负序电压为U2，则电动机负序电流为
式（1）中，I2：负序电流；：启动电流；IN：额定电流；UN：额定电压；Z−：
负序阻抗；：启动阻抗；
鼠笼式异步电动机的启动电流可达（5-8）IN；在额定状态下，不平衡电压不允许超过5%，取。

可以看出，只要存在5%额定电压的负序电压，电动机中将产生25%-40%额定电流的负序电流。

1.1.2 外部不对称短路产生的负序电流
假设在电动机电源母线上发生B、C两相短路，进行故障分析。

忽略其系统阻抗，则短路点边界条件为，由对称分量法，得：
即：
由上式可得知，电动机所在的母线上或附近发生两相短路
时，非故障的电动机也将产生的负序电流。

1.1.3 定子一相断线时的负序电流
已知电动机定子一相断线时的负序电流：
a、起动时一相断线
此时，，故：
b、运行中一相断线
电动机正常运行时，转差率一般为0.02至0.04，功率因数约为0.85，相当于阻抗角32度；电动机起动时，功率因素约为0.2至0.3，相当于阻抗角75度。

定子回路发生一相断线的瞬间，转差率基本保持不变，可近似求得为
由上式可知，正常运行时，如发生断相，电动机所产生的负序电流约为额定电流的90%。

1.1.4 CT二次回路一相断线在保护上产生的负序电流
该厂厂用系统属于中性点非直接接地系统，但仍采用三相CT接入综保装置，假设电动机在正常平衡运行方式下，A相CT二次回路断线，即为CT二次额定电流值）。

由对称分量法，可得:
即:
由此可见，断线时产生了0.333倍工作电流的负序电流，定值整定时须躲过。

1.2 负序过流保护的整定原则
a、躲过CT 二次回路一相断线
CT 二次回路一相断线，根据式（12）。

启动值应满足：
b、电动机正常运行时发生断相故障，根据式（10），启动值应满足：
综合（13）和（14），可以得出负序电流启动值的整定范围为：
式中：为负序电流保护整定值；IN为电动机额定电流；K1为可靠系数，可取1.15；K2为灵敏系数，可取1.1。

则：
c、动作时间t2
负序电流保护的动作时间t2，应考虑母线上的负荷中，反应相间短路故障各种保护中最长的时限t′，采用定时限可整定为：
式中，Δt为时间级差，一般取0.5s。

对于不要求自起动的电动机，在外部两相短路时，该电动机已由母线低压保护动作跳闸，t′取为0.5s。

该厂一期6kV公用02段母线电动机负荷均要求自起动，事件发生以前，补602开关、51皮带机、A2冲洗水泵、A2除灰空压机相关参数如下：
事件发生时，补602开关非故障A相电流1.18A，故障相电流C相148A，13时22分38S，过流I段保护动作。

动作时间1S。

13时22分38S ，PT零序过电压告警。

A2除灰空压机负序电流：I2=1.54A，负序保护定值0.75A，13时22分38S，保护动作，动作时间1S。

A2冲洗水泵负序电流：I2=2.67A，负序保护定值0.93A，13时22分38S，保护动作，动作时间1S。

51皮带机负序电流：I2=2.2A，负序保护定值0.93A，13时22分38S，保护动作，动作时间1S。

经检查排除，从时间和数据上可以确认三台电机误跳闸是由于补水02段电源电缆BC两相接地短路产生的负序电流造成的。

将51皮带机、A2冲洗水泵、A2除灰空压机故障前负序电流定值和时间定值与整定原则进行比照，不难发现，三台电动机负序电流定值符合整定原则，但对于时间定值t2的整定却存在一定问题，补602开关过流一段延时与三台电机负序过流一段延时t2相同，均为1S，造成保护失配动作。

笔者经过分析认为，式（17）中t′应为母线上的负荷中，反应相间短路故障各种保护中最长的时限。

即在电动机运行速断、变压器过流一段、其他负荷电源进线过
流一段及二段这几种类型的保护中选择其中的最长延时，经查看此段母线上的各负荷保护配置，发现母线上负荷速断或过流保护的最长延时为1.5S（即补602开关
的过流二段延时），则：
目前，该厂一期6kV公用02段母线各电动机负序过流保护时间均整定为2S。

高压电动机保护定值整定是否合理，直接影响到机组的安全稳定运行。

速断、过流、过负荷等常规保护的整定值相对来讲比较可靠，但是对于微机综保装置中的负序电流保护来说，由于电动机负序电流产生原因的多样性，用户对其整定往往感到困难，如果整定不当，则会造成在启动或运行过程中频繁误跳，经过此次事件，该厂
6kV高压电动机根据具体系统和设备参数，按照上述原则对负序过流定值和时间
定值进行了重新整定，目前，保护装置运行可靠，效果良好。

【相关文献】
[1]许实章.电机学：下册[下册].北京：机械工业出版社
[2]曹岳红.高压电动机综合保护整定计算方法的探讨[J].广东电力.2003.16（3）:23-25
[3]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京:中国电力出版社
[4]刘万顺.电力系统故障分析.北京：中国电力出版社
姜思敬,徐州华润电力有限公司技术支持部电气专业工程师李金泉,徐州华润电力有限公司技术支
持部电气专业助理工程师。