高压电动机保护

高压电动机保护 Final revision by standardization team on December 10, 2020.
高压电动机的继电保护
高压电动机的定子绕组和其引出线，一般应装设电流速断保护。

对生产过程中容易发生过载的电动机，应装设过负荷保护，过负荷保护可根据负荷特性带时限作用于信号、跳闸或自动减负荷装置。

对于高压电动机容量在2000kW以上的，在电流速断不能满足灵敏度要求时，应装设纵联差动保护。

当电源电压短时降低或短时中断后根据生产过程不允许或不需要自启动的电动机，以及为了保证重要电动机自启动而需要断开的次要电动机，应装设低电压保护，一般带有~时限作用于跳闸，但是为了保证人身和设备的安全，在电源电压长时间小时后，须从系统中自动断开的电动机，也需要装设低电压保护，一般带有5~10s时限作用于跳闸。

一、高压电动机的相间短路保护－对于功率小于2000kW的电动机，常采用电流速断来作为电动机的相间短路保护，当灵敏度要求较高时，可以用DL型或GL型继电器构成两相不完全星型连接方式，其接线方式与电路线路或电力变压器的电路速断相同。

也可以采用两相差接线，即两相一继电器接线。

电流速断的动作电流按躲过电动机的最大启动电流来整定。

二、电动机的过压保护－过负荷保护可以采用一相一继电器接线，也可以采用两相两继电器不完全星型连接或两相差一继电器接线。

由于电动机装有电流速断保护，过负荷保护就可以利用GL型继电器的反时限过电流装置来实现过负荷保护。

过负荷的动作电流按躲过电动机的最大启动电流来整定。

过负荷保护的动作时间应大于电动机的启动时间，一般取10-16s，如用GL型继电器，可取两倍动作电流时的时间12-16s。

三、高压电机的低电压保护－当电压互感器一次测隔离开关断开时，低电压保护即退出工作，防止无动作。

对保护动作不重要的电动机，电压继电器按60％-70％额定电压整定，动作时间取；对动作较为重要的电动机，电压继电器按30％-50％额定电压整定，动作时间取5-10s。

四、高压电动机的差动保护－在小电流接地的供电系统中，可以采用两相两继电器的差动保护接线，差动保护的动作电流按躲过电动机额定电流In来整定，主要考虑二次回路断线时不至于引起误动作。

五、同步电动机的失步保护－采用两相差接线对同步电动机的失步进行保护。

当电动机定子绕组内出现较大的由于失步引起的脉动电流时电流继电器动作。

反应转子回路内交变电流的失步保护－在同步电动机的转子回路中串接电流互感器，正常运行时转子回路中流过直流电流，互感器的二次侧不产生感应电动势，保护装置不动作，当同步电动机发生失步运行时，转子回路中感应出交变电流，通过电流互感器使二次侧保护继电器动作。

高压电动机保护配置：
大型发电厂的高压厂用电机及一些工矿企业的高压电机普遍采用微机保护。

1、对于容量在2000kW及以下的高压电动机的相间短路的主保护为相电流速断。

、电机启动过程速断保护按躲过电机的最大启动电流整定。

动作电流Idz>=Ih,
Ih=K1*K2*In2
K1为可靠系数，取
K2为电机启动电流倍数，一般取7
In2为电机一次额定电流/CT变比
出口时间：0s
、启动后按躲过母线出口三相短路时的电动机反馈电流计算
1.2.1、对于真空断路器
动作电流Idz>=IL
IL=
出口时间：0s
1.2.2、对于F-C回路，由于速断带，取I2=
出口时间：跟熔断器配合，对于额定电流小的熔断器取;额定电流较大的取.、电机启动时间t
按实际启动时间的最长时间的倍整定。

2、过流反时限（一般反时限）
、负序电流保护
Idz>=I2
I2=
、正序电流
Idz>=、过热保护
4、接地保护
5、长启动保护
电压为3kV以上的异步电动机和同步电动机，对下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护：
1、定子绕组相间短路；
2、定子绕组单相接地；
3、定子绕组过负荷；
4、定子绕组低电压；
5、同步电动机失步；
6、同步电动机失磁；
7、同步电动机出现非同步冲击电流；
8、相电流不平衡。

比率差动
1.比率差动保护原理：
差动电流： 21I I I cd +=
制动电流： 2)(21I I I res -=
电动机正常运行时，差动电流cd I 理论上为零，实际上不为零，其值为电动机两侧电流互感器传输特性的误差而引起的不平衡电流的大小。

制动电流0.res I ≤电动机额定电流s I ，是一常数。

当电动机外部故障且短路电流大于电动机额定电流值时，不平衡电流会随短路电流的增大呈非线性增大，但此时制动量也随短路电流成比率的增大。

选取合适的斜率角θ，即可保证在最大的外部短路电流下保护不误动，且具有较高的灵敏度。

当电动机内部故障时，差动电流cd I 迅速增大（cd I 短路电流k I ），制动电流res I 迅速减小（res I ≤k I 2/1），保护瞬间动作。

灵敏度完
全能满足大于的要求。

a b
.dz I 3 4 max k I I res =图 差动保护特性示意图
图中：1I －电动机电源侧电流； 2I －电动机中性侧电流；
0.dz I －差动最小动作电流； 0.res I －比例特性曲线拐点制动电流；
max k I －外部最大短路电流； CDSD I －差动速断定值
差动保护动作方程如下：
其中： 21I I I cd += 2)(21I I I res -=
当任一相电流满足判据时，保护瞬时动作于跳闸出口和告警出口，装置显示短路故障相。

2 差动电流启动定值cdqd I 的整定：
差动电流启动定值cdqd I ，可以按躲过正常运行时最大不平衡差流整定。

其中：qd K 可以取～；
e I 为电动机额定工作电流。

3. 比例差动保护制动系数bl K 的整定：
比例差动制动系数的选取必须要考虑到保护的可靠性和灵敏性因素。

如果bl K 选择过小，就有可能躲不过区外故障时产生的不平衡电流，进入差动保护特性区，因而发生误动；如果bl K 选择过大，就有可能躲开电动机发生区内故障时的故障差电流，进入不了差动保护特性区，因而发生拒动的现象。

因此必须兼顾保护的灵敏性和可靠性。

比率制动系数bl K ：推荐为～。

4.制动电流res I 的整定：
制动电流res I 主要针对当电动机外部发生短路故障时，可以对差动保护进行有效的制动，但是在选择制动电流res I 时必须充分考虑到电动机在发生匝间短路时，同时伴有有汲出电流流出时保护动作的灵敏度，可以整定为：
其中：1K 为选择系数，一般可以取～（推荐整定为）；
e I 为电动机额定工作电流。

5.比例差动保护灵敏度的校验：0.2min .)2(≥=DZ
D lm I I K 其中：min .)2(D I 为系统在最小运行方式下，在被保护电动机发生两相短路时， 流过保护装置的最小短路电流；
DZ I 为系统在最小运行方式下，在被保护电动机发生两相短路时，由流过的制动电流对应电动机差动保护特性曲线上相应的动作电流值。

按照规程要求：比例差动保护的灵敏度要大于。

3.1.3 CT 断线闭锁
装置有延时及瞬时CT 断线判别功能，具体判据如下：
a ） 延时判别：
当任一相差流大于n I ，且持续时间超过10s ，发CT 断线信号，此时并
不闭锁比率差动保护（在保护每个采样周期内进行）。

b ） 瞬时判别：
机端及中性点侧的六路电流同时满足下面两个条件时认为是CT 断线：
1) 一侧CT 的一相或两相电流减小至差动保护起动，其余各路电流不变；
2) n X n I I I 2.12.0≤≤ 并且同时满足45.0max min ≤I I 。

瞬时CT 断线可选择发信号的同时是否闭锁比率差动保护。

为防止瞬时CT 断线的误闭锁，满足下述任一条件时不进行瞬时CT 断线判别：
1) 启动前各侧最大相电流小于n I ；
2) 启动后最大相电流大于 n I ；
3) 启动后电流比启动前增加。

3.1.4 电动机启动保护
考虑到电动机在启动时会产生较大的非周期分量，灵敏的电动机差动保护可能会因为躲不过启动时的不平衡电流而造成保护误动作。

本保护根据现场的实际出现的情况，在启动时间内（qd T 可以整定），将差动启动电流（0.dz I ）定值加倍，将差动比率制动系数加倍，制动电流0.res I 继续保持不变，将差动保护动作出口的时间带60ms 的延时。

当保护启动结束，立刻恢复正常定值和出口时间。

定值清单
Y3554-2中型高压三相异步电动机启动保护计算书
一、电动机基本技术参数（西安西玛电机有限公司）：
二、电动机启动的继电保护整定计算：
1、瞬时电流速断：应躲过电机的启动电流
2、过负荷：按电动机额定电流整定
瞬时动作电流倍数=瞬时电流÷动作电流整定值 =（~）÷ =~ 按10倍整定动作电流。

选用GL-16/10A 或LL-14A/10A 过电流继电器，整定电流按5A
，（4，5，6，7，8，9，10）A 。

10倍整定动作电流下动作时间：按8s 。

3、低电压保护：应躲过最小运行电压
选用DJ-132A/160或DY-36/160，整定值60V。

四、说明：Kk—可靠系数：用于电流速断保护时，DL型和GL型继电器分别取~和~。

用于过负荷保护时，动作于信号取；动作于跳闸取。

Kjx—接线系数：星形或不完全星形时按。

Kq—启动电流倍数：一般按7；
—电动机额定电流（A）：
nl ——电流互感器变比：50/5A
Kfh——继电器的返回系数：取
Ue——电网额定电压（kV）：6
nr——电压互感器变比：6/
已知参数：额定电压6KV，
额定功率 KW，
COSφ= ，
运行额定电流，
启动时间 S ，
启动电流 A ，(一般取8倍的额定电流) 故障单相接地电流 A ，
最大过负荷电流 A ，（按2倍的额定电流） CT 变比 ，（根据6KV 段配电盘设计图纸）
1、基准电流定值s I
Ie 为电机运行时额定电流，nl 为CT 变比。

额定电流一般选用电机铭牌所标识的额定电流。

铭牌不清楚的通过计算算出。

2、启动时间
按电动机实际启动时间整定并留有适当裕度，按电动机起动时间乘可靠系数整定：
t s dz t t tan 2.1⨯=秒
给水泵、循环泵电机取9秒，其余高压电机取8秒。

3、电流速断定值
电流速断保护（正序速断）
按躲过电动机起动电流来整定：
l
t
s k j dz n I K I tan .⋅
=， k K ：可靠系数 t s I tan ：启动电流
微机保护的速断定值可将起动时间内和起动时间后分别整定，故需计算两个速断定值:
① 启动时动作电流按照躲过最大启动电流整定。

起动时间内，k K 推荐取，则 ⨯=⋅2.1j dz I l
t s n I tan ⋅
② 运行时动作电流按照躲过过流保护电流定值考虑。

起动时间后：由于起动时间后电动机运行电流降为额定电流，为防止起动时间之后电动机仍运行在起动电流水平上：
l
t
s k j dz n I K I tan .⋅
= ， k K 取 则： ⨯=⋅8.0j dz I l
t s n I tan ⋅
速断延时秒。

电动机由断路器控制时，短路保护动作时间t 1 取～。

电动机由熔丝截断短路电流时，整定t 1 =或更长。

4、负序电流
启动负序：
为了保护电动机断相或反相，典型的负序动作电流整定值j dz I .＝I s 是合适的(I s
为电动机额定工作电流)，希望作为灵敏的不平衡保护时，可取j dz I .＝～I s 。

电动机启动时由于CT 饱和等因素容易造成波形失真，从而造成负序保护误动作，可根据启动试验测量的最大负序电流整定启动时负序动作电流。

为防止合闸不同期引起的负序电流，推荐延时不小于秒。

本装置取秒。

运行负序：
运行时负序保护时间常数T 2的整定应躲过电动机外部两相短路时母线进线开关的切除时间，一般取T 2＝，在整定得比较灵敏(典型为j dz I .＝～ I s )时，采用时间常数较长的曲线如T 2＝。

5、过流保护
过流保护动作电流按可靠躲过最大负荷电流整定，建议采用2倍额定电流。

过流保护动作时间按可靠躲过以下保护动作时间设置：
（1）
本机速断保护时间
（2）
同一母线上其它电机的速断保护时间 （3）
所在母线/馈线速断保护动作时间
6、接地保护的整定
电动机接地故障电流取决于供电系统的接地方式，在高阻接地系统中，故障电流很小，为了检测较小的接地故障电流，常常需用零序电流互感器来取得零序电流。

在直接接地系统中，接地故障电流将是很大数值，由三相电流互感器的电流之和来取得零序电流3I0。

为提高可靠性和灵敏度，接地故障保护的电流和时限在启动前后分别整定。

MPW-2A 型保护零序电流动作值I OS 的整定范围为～，级差为。

当零序保护动作时，如果选择接地报警，接地报警继电器动作，如选择接地跳闸，则出口继电器动作。

接地保护可选择接地报警或接地跳闸两种出口方式，当接地保护投入时，如果选择接地报警，则当接地保护动作时，保护报警继电器动作，面板‘保护’动作指示灯亮，液晶显示器背光点亮并闪烁显示‘接地告警动作’字样；
如选择接地跳闸，则保护动作时装置跳闸出口动作，同时‘保护’指示灯点亮，液晶显示器背光点亮并闪烁显示‘接地跳闸动作’字样。

对于MPW-2A 本保护在‘自检故障’发生时被闭锁。

由于没有零序功率方向判断，零序电流动作整定值应大于电动机外部接地时流过电动机的零序电流(电容电流)。

当接地电流大于10A 时，才需设单相接地保护，公式为：
式中：k K ：可靠系数，若取不带时限的接地保护，k K 取4～5，若带秒延时，k K 取～2。

c I ：该回路的电容电流
零序保护动作时间t 0的整定视具体实际情况而定。

7、欠压保护的整定
根据电动机的重要程度整定动作电压值和动作时间值，先切除次要的电动机。

8、 过热保护的整定
发热时间常数1 的整定： 方法一：电动机制造厂家提供
方法二：如果制造厂能提供过负荷能力的数据，如在x 倍过负荷下允许运行t 秒，根据公式：
可得出 τ122105
=-⨯(.)x t 方法三：根据公式：
τθθθ121501051=
⨯⨯⨯-⎛⎝ ⎫⎭
⎪额定温升电流密度极限温升额定温升e e M e J .
方法四：由启动电流下的定子温升决定时间常数
τ12=⨯⨯稳定温升启动电流倍数启动时间启动温升
方法五：如果上述参数仍不能确切提出，可根据电动机运行规定“从冷态启动到满转速的连续启动次数不能超过两次”进行估算，即
()()START
START
START
START
t
I
t
I
⨯-⨯≤≤⨯-⨯2
21
2
205.15.0305.15.02τ
方法六：如果上述数据仍一无所知，可以采用躲过启动电流原则整定。

散热时间常数 t 2的整定：电动机散热条件好的取较小的值.
报警电平的整定：负荷比较平稳或比较重要的电动机可采用较低的值～。

负荷变化频繁或比较次要的电动机可采用较高的值～。

若“速断方向”投入，一定认真检查CT 和PT 极性，确保电动机故障时，电流速断方向保护能正确动作。

推选方法如下：电机正常启动时，“速断方向”退出，电机正常运行时，退出保护压板，把“速断保护”运行定值调至现场运行电流值以下10%，此时，把“速断
方向”投入，电流速断方向保护应正确动作。

若电流速断方向保护不动作，说明CT和PT 极性有问题。

试验完毕，恢复定值和压板。

（电压消失后保持三秒，闭锁方向，PT断线不闭锁方向）。