#高压电动机保护误动原因分析

高压电动机保护误动原因分析
Z H Y
某炼油厂的主风机是一台生产中最关键的设备，由一台异步电动机拖动。

电动机型号为 YKOS2500-2 ，主要参数为 10kV 、 2500kW 。

继电保护设计装设了过负荷保护、纵联差动保护、低电压保护、接地保护、机组联锁保护等。

在安装调试工作中曾出现差动保护误动作，过负荷误动作、自行起动等故障，下面分别分析介绍。

1、控制保护原理
该机的实际接线，见图 1 （图中对实际图进行了简化，仅画出重要的有关部分）。

一次线路中断路器用 ZN28-1000/10 型手车型真空开关，安装在高压室，由现场操作工通过按钮 SB1、 SB2 控制。

控制部分也安装在高压室，采用 220V 直流电源。

动作原理：按 SB1 ，合闸线圈 CL(H) 得电，断路器合闸，按 SB2 跳闸线圈 CL(F) 得电，断路器分闸。

指示灯 HG 既作分闸指示，又可监视合闸回路是否正常， HR 既作合闸指示，又可监视分闸回路是否正常。

K0 是防跳继电器，防止合闸后有故障而按钮 SB1 未松开时重复合闸。

CLK 是小车式真空断路器本身的机械闭锁行程开关，防止在合闸位置摇出断路器小车。

K2 由安装在 PT 柜中的低电压继电器触点（已经过时间继电器延迟）控制， K3 由主风机机组故障（如低油压）触点控制，均直接作用于跳闸。

差动保护 KA5 、 KA6 触头，通过继电器 K 出口跳闸， K 两端并一个电阻起增大信号回路电流作用，保证电流信号继电器 K4 可靠动作，接地继电器触点 K7 通过连接片可以切换成信号或跳闸。

过负荷保护通过时间继电器 KT 实现带时限动作于跳闸。

2、继电保护装置的调试及故障排除
继保装置在安装后的调试中曾出现差动、过负荷误动等故障，控制回路也出现电动机手动停机后又自动起动等故障，下面分别予以分析。

2 .1、差动保护误动作
差动用保护电流互感器 TA2a 、 TA2c 、 TA4a 、 TA4c 均为 LZX-10 型，0.5 级 /D 级，电流变比为 400/5 ， D 级是差动保护专用。

其中 TA4 安装在电动机现场， TA2 安装在高压控制室，两者相距 240m 。

差动继电器动作电流整定值为 2.7A 。

第一次起动时，差动迅速保护动作而跳闸。

经过分析原因，认为电流互感器的极性接错的可能性较大，经查果然是极性问题，系装在现场（电动机基础小间）的电流互感器 TA4a 二次极性接反，造成正常时差动继电器中存在电流流过动作。

将其改为正确接线后，为了调试方便，确认电机没有异常后，取消差动保护，再次起动电机，电动机起动成功。

但电机起动期间，“差动回路断线”信号还是不能复位，起动完后，又可以复位。

差动断线电流继电器 KA1 的整定电流为 0.5A 。

说明起动时回路有大于 0.5A 的差电流流过。

而差动断线只发预告信号，不会使回路跳闸。

此次起动是取消差动保护起动的，这样就不能满足电动机保护要求。

回路存在差电流是肯定的，这个差流从那里来？停机后经过仔细检查，确认实际接线完全符合设计要求极性也正确，将差动回路连接恢复，投入差动保护，再次起动，差动瞬间跳闸，这究竟是什么原因呢？从原理图上看没问题，安装接线方面的问题已排除，是不应该出现这种现象的。

经过进一步分析，问题的根本原因是电流互感器二次负载阻抗大小不平衡且都超过额定负载。

我们知道， LZX-10 ， 400/5 ， D 级电流互感器的额定二次负荷在 cos Φ =0.8 时，只有 0.6 Ω，超出此范围就不准确。

这种互感器10% 误差时的电流倍数曲线见图 2 。

由图 2 可知，二次负荷只有在 0.6 Ω以内， 10% 的误差时，电流倍数才有 15 倍。

高压室到现场电机的距离达 240m 。

选用的控制电缆为 2.5mm 2 的铜芯线，通过计算线路的电阻：
R1=2 ×ρ L/S=2 × 0.0175 ×240 ÷ 2.5=3.36 Ω。

电流互感器二次线圈所串联的负荷有仪表、继电器的阻抗、导线电阻以及接触电阻等阻抗，实测发现电阻已达4Ω，从图 2 可以看出， 10% 误差时只允许 4 倍电流，而电动机的起动电流就有 6 倍。

电流互感器负荷超过铭牌规定的阻抗值较多，引起了保护误动作。

这说明二次回路阻抗的大小很重要。

我厂实际情况是电流互感器 2TAa 、 2TAc 与差动继电器 KA5 、 KA6 及 KA1 均装于高压室。

TA2a 、 TA2c 的二次到差动继
电器的距离很短，只有 3 米左右。

此回路电阻：R2=2 ×ρL/S=2 × 0.0175 × 3 ÷ 2.5=0.042 Ω。

此值只有 R1 的八十分之一大。

电动机的额定电流为 166A ，起动电流为额定电流的 6 倍，则二次瞬时电流可达166 × 6/80=12.45A 。

串入差动继电器的阻抗相差太大，流经差动继电器的电流差值也大。

故起动时，差动保护跳闸。

为了解决这个问题，将本来在控制室的电流互感器公共接地端改至现场电机基础小间内接地，使两条线路阻抗基本平衡。

再次起动，起动成功。

由于该方法加大了线路电阻，差流虽然减少，不发生误动，但因互感器误差较大。

这只是为不影响生产而采取的临时措施，最好的办法还是在下次停产大检修时，更换现场到高压室的控制电缆，加大截面，将线路电阻降至规定值以内。

2.2、过负荷保护误动作
在调试中，发现的另一个问题是电动机空载运行时，一切正常，当打开风门逐渐增加负荷至 85% 左右额定负荷时，电动机的“过负荷”保护动作跳闸。

检查过负荷用电流继电器的整定值，是设计给定的 3A ，没有发生变化，就是说，电流继电器中确定流过了 3A 以上的电流，相当于一次电流 240A ，而当时实际的负荷仅 140A ，为何会误动作？
从图 3 中，我们知道，过负荷采用两相三继电器保护方式， KA2 、 KA3 中流过的分别是 A 相、 C 相电流， KA4 中流过的是 A 、 C 两相电流的矢量和，即I 4 = I a + I c
正常接线时， I 4 = I a + I c = - I b ，相当于B 相电流。

实际检查电流互感器的二次接线，发现是 C 相的 TA3c 二次线 K1 、K2 接反，造成KA4 电流继电器中流过的电流变成I 4 ' = I a - I c 。

从图 3 中矢量图分析可知，此时I 4 ' = I a - I c 因为电动机正常时，三相电流平衡，大小基本相等设I a = I c ，那么
I 4 ′ =3I a = 3I A /n L = 3 × 140 ÷
80 = 3.03A
此值已大于 KA4 的动作电流。

由此可知，是电流互感器 TA3c 的二次线接反引起过负荷保护误动作，更改接线后，故障排除。

2.3、电动机停机后，自行起动
电动机设置了低电压保护，是为了确保电网失电后，主风机电动机能可靠的断开电源，防止电网恢复正常后，电动机又自行再起动。

电动机正常停机后，没有按开机按钮，不应起动。

在调试中发现，有一次人工停机后，电动机马上又自行起动，操作工立即再一次按停机按钮 SB2 ，电动机才停下来。

检查分析后，判断不是低电压保护问题，因为当时电网运行正常，没有出现失压现象，低电压监测部分也工作正常，怀疑是起动线路有故障。

经仔细查找，发现是小车式高压真空开关的 CLK 行程开关上的引线，由于大修后没固定好，真空开关的机械部分动作时，将图 1 中 C 、 D 两点导线压破后都与铁板接触，相当于接地且短接。

C 、 D 短接后，直流电源从+ →插头→ D → C → CLK 常闭→ CL(H) 合闸线圈→ QF1 常闭→插头→ - 电源构成回路，使电动机合闸起动，合闸后虽然 QF1 常闭点断开，但真空开关已处于合闸位置，只有待人工按 SB2 停机按钮，才能停下来。

更换破损导线并固定好后，故障排除。

从此例故障看出，检修工作中导线不固定好，也会造成严重后果。

如果操作工人没有马上发现电动机自行起动，就会造成重要设备损坏的严重后果。

3、结语
2500kW 的主风机电动机于 1996 年安装调试好后，运行一直正常。

作为炼厂最大功率的一台电动机，是炼厂生产的关键设备。

我们从电气继电保护的角度对一些错误的接线作了改正，消除了隐患，保证了机组的正常运行。

继电保护工作要细心、检修要文明施工，才能消除隐患，实现安全、平稳、长周
期运行。

图 1。