高压电动机负序电流保护的整定计算的探讨

高压电动机负序电流保护的整定计算的探讨

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高压电动机负序电流保护整定计算方法的探讨

摘要随着电力系统自动化程度的不断提高，电机大量采用综保装置, 其保护功能较原电磁型电动机保护增强、增多了许多。本文将通过对电动机负序电流产生原因和对保护的影响进行分析，对高压电动机综合保护的定值整定方法进行了探讨。经过多年的运行实践, 证实了按介绍的方法进行整定比较合理，保护都能正确动作。

关键词电动机负序电流定值计算

1、电动机负序电流产生的原因

由于综合保护采用了负序电流来实现断相等保护功能，在保护的整定计算中必须考虑以下因素：外部不对称故障产生的负序电流对保护的影响；母线电压不平衡产生的负序电流对保护的影响；CT断线的影响；不对称短路故障对速断保护灵敏度的影响。

电网参数不对称

电网参数不对称包括正常运行时的电源电压不平衡和外部不对称短路产生的不对称电压。这2种情况下都会产生负序电流。

a．正常运行时不平衡电压产生的负序电流

设正常运行时不平衡电压所产生的负序电压为U 2，此时电动机回路的负序电流为：

N

ST N sc N sc U U

I U U Z U Z U Z U I 22222_⨯=⨯=≈=

式中：I st 为电动机额定电压下的启动电流；Z －为负序阻抗；Z SC 为启动阻抗；U N 为电动机的额定电压。

由式（1）可知，由于电动机的启动电流I st 可达额定电流的5～8倍，因此，只要有很小的负序电压存在，也会产生较大的负序电流。

例如，设U 2＝0．05 U N ，由于I st ＝5～8I N ，代入式（1）可得：

I 2＝（5～8）I N （0．05U N ／U N ）＝（0．25～0．4）I N

即只要存在额定电压5％的负序电压，将会在电动机中产生达25％～40％额定电流的负序电流。

b ．外部不对称短路产生的负序电流

如果在电动机所属高压母线上或靠母线很近的其它设备上发生两相短路，将在非故障的电动机回路上产生很大的负序电流。

设在电动机所在高压母线上发生BC 相短路。忽略系统阻抗的影响，这时

U a =E 1,U b =U c =-E 1/2

由对称分量法，可求得此时的负序电压为：U 2=E 1/2

式中E 1为系统电势，可认为E 1＝U N ，且由于Z －＝Z SC ，因此非故障电动

机回路产生的负序电流为：

ST sc N sc I Z U Z E Z U I 2

1

212_122====

由此可见，在电动机所在高压母线上或附近发生两相短路时，

非故障的电动机回路将产生达电动机启动电流一半的负序电流，这在定值整定时是不容忽视的。

2．1．2 内部参数不对称

造成电动机内部参数不对称的原因主要有：定子线圈相间短路、

定子线圈匝间短路、定子线圈断线、转子断条等。以实际运行中故障率较高的定子线圈一相断线为例进行分析。

根据故障分析法，当电动机定子线圈发生一相断线时，复合序阻

抗图如图1所示。

图1 异步电动机一相断线复合序阻抗等效电路由图1可得电动机定子线圈一相断线时的负序电流为：

I

2=-I

1

=-E

1

/（Z

+

+Z

-

）

启动时一相断线：

这时，S=1 ，Z+=Z-=Z sc,有：

I 2=-E

1

/（Z

+

+Z

-

）=-E

1

/（2Z

sc

）=-（1/2）I

N

即负序电流为电动机启动电流的一半。

b．正常运行时一相断线

正常运行时，电动机的转差率S一般约0．03～0．05，正序等值阻抗即为电动机的负荷等值阻抗，而负序等值阻抗Z－仍可认为与电动机的启动阻抗相等。

在正常运行的情况下电动机定子回路发生一相断线的瞬间，由于惯性，这时电动机的转差率基本保持不变，因此，仍可按正常运行的有关参数进行分析。

根据有关资料，正常运行时，电动机的功率因数约为0．9（相当于阻抗角为25°）左右，而电动机启动时，功率因数只有0．2～0．3（相当于阻抗角72°～78°）左右，即：

Z+=Z1=E1exp(j250)/I N

Z-=Zsc=E1exp(j750)/[(5～8)IN]

故有：

Z++ Z-= E1exp(j250)/I N+ E1exp(j750)/[(5～8)IN]

≈～ E1exp(j300)/I N

这时产生的负序电流为：

I 2=E

1

/（Z

+

+Z

-

）=～ I

N

由此可知，在正常运行时发生断相，在不考虑转差率变化的情

况下，所产生的负序电流约为电动机额定电流的90％左右，由于负序电流的存

在，将产生负序转矩，从而使合成转矩减少，如果维持负载转矩不变，将使电动机的转差率增大，从而使负序电流进一步增加，一般可达额定电流的110％。

2．2负序电流对保护的影响

2．2．1CT二次回路一相断线

如果正常运行时发生CT二次回路一相断线，这时，通入继电器仅有一相电流，使得负序电流滤序器产生输出量。例如，发生A相CT二次回路断线，这时I A＝0，

I2=K[I c+I A exp(-j2400)]=KI c=

由此可见，正常运行时发生CT二次回路一相断线，产生了相当于电动机工作电流0．577倍的负序电流，可能造成保护的误动作。因此，在定值整定计算中必须考虑CT断线的影响。

2．2．2正常运行时不平衡电压产生的负序电流

从2．1．1的分析可知，只要出现很小的负序电压，将在电动机中产生较大的负序电流。这时，只要电源的不平衡电压在允许范围内，同时所产生的负序电流与正序电流的迭加值不超过电动机的额定电流，即电动机的工作电流不超过额定值是允许的，不会给电动机造成不利影响。因此，没有必要由负序保护来切除。但是，如果负序保护的定值整定过低，将造成保护的误动作。