电动机纵联差动保护

电动机纵联差动保护一、比率制动差动保护 （1）电动机二次额定电流1n TAI n =•（2）差动保护最小动作电流I s =K rel (·K cc ·K er +Δm )I nap K K rel ——可靠系数，取K rel =2ap K ——外部短路切除引起电流互感器误差增大的系数（非周期分量系数）=2 ap K K cc ——同型系数，电流互感器同型号时取K cc =0.5，不同型号时K cc =1 K er ——电流互感器综合误差取K er =0.1 Δm ——通道调整误差，取Δm =0.01~0.02I s =2 (2×0.5×0.1+0.02)I n =0.24 I n一般情况下，取I s =(0.25~0.35)I n ，当不平衡电流较大时，I s =0.4I n （3）确定拐点电流I t 有些装置中拐点电流是固定的，如I t = I n ；当拐点电流不固定时可取I t = (0.5~0.8)I n （4）确定制动特性斜率s 按躲过电动机最大起动电流下差动回路的不平衡电流整定最大起动电流I st ·max 下的不平衡电流I umb ·max 为I umb ·max =(·K cc ·K er +Δm ) I st ·maxap K =2，K cc =0.5，K er =0.1，Δm=0.02，I st ·max =K st I n (取I st =10)ap KI umb ·max =(2×0.5×0.1+0.02)10I n =1.2I n比率制动特性斜率为tn st sumb rel I I K I I K s −−=•maxK rel =2，当I s =0.3 I n ，I t =0.8 I n ，K st =72 1.20.30.3470.8n n n nI I s I I ×−==−一般取s =0.3~0.5 （5）灵敏系数计算电动机机端最小两相短路电流为(2)12K L I x x =•′+x ′- 电动机供电系统处最小运行方式时折算到S B 基准容量的系统阻抗标幺值 U B - 电动机供电电压级的平均额定电压U B =6.3(10.5)kV X L - 电动机供电电缆折算到S B 基准容量的阻抗标幺值制动电流(2)resTA2K I I n =相应的动作电流为(2)op s t TA 2KI I I S I n ⎛⎞=+−⎜⎟⎝⎠灵敏系数满足以下条件(2)senTA op1.5(2)K I K n I =≥ （6）差动速断动作电流按躲过电动机起动瞬间最大不平衡电流条件整定 I i =K rel I umb ·maxK rel – 可靠系数取K rel =3.5~4.5I umb ·max =1.2 I n 则I i =(3.5~4.5)×1.2 I n =(4.2~5.2) I n一般取I i =(4~6) I n 要求电动机机端两相短路时(2)senTA i1.2K I K n I =≥ （7）差流越限告警，取差流越限告警定值为15% I n ，告警延时一般装置内部固定（8）动作时限，差动保护本身不需设动作时限，但有的装置为躲暂过程而设了动作时限，此时可取动作时限0.03~0.05 s 。

比率制动特性曲线比率制动差动保护应注意的问题 （1）由于保护装置设在开关柜上，造成纵差保护两侧电流互感器二次电缆长度相差较大，特别是电动机离开关柜较远时情况更严重，这样电动机起动时两侧电流互感器由于二次阻抗不匹配，造成不平衡电流显著增大，甚至中性点电流互感器出现饱和，因此电动机纵差保护要特别注意两侧电流互感器二次阻抗匹配问题。

（2）若无法解决两侧电流互感器阻抗匹配的问题，需采用提高定值来躲过起动时的误差（误动），则宜采用适当增大比率制动斜率，而不宜采用提高最小动作电流的措施，或者分别设起动、正常运行差动保护，分别整定，但有的保护装置不能实现。

（3）当无法解决两侧电流互感器匹配的问题，同时要提高灵敏系数时，可考虑采用磁平衡差动保护，动作电流只需躲过电动机的每相电容电流即可。

（4）为减小差动回路的不平衡电流，容量较大的电动机宜采用二次额定电流为1A 的电流互感器。

（5）加强差动二次回路的检查与维护，避免电流互感器二次开路现象，如出现电流互感器二次开路，则宜闭锁差动保护。

二、磁平衡纵差保护磁平衡纵差保护原理接线图（1）电动机的磁平衡纵差保护可灵敏反应定子绕组的相间短路故障（含定子绕组对另两相中性点短路），不反应定子绕组的匝间短路和定子绕组的断相故障，就反应故障类型来说，与常规纵差保护无区别，但电动机起动、外部短路故障电动机的反馈电流、外部短路故障切除自起动过程中不会形成不平衡电流，这与常规纵差保护不同。

对外部单相接地故障，有不大的不平衡电流。

（2）电动机外部单相接地设AU U e -j120ºU e j120º，三相负序电压为U由定子绕组每相正序电容C M1，每相零序电容C M0形成的电流仅流过电动机始端，构成磁平衡差动保护的不平衡电流umb A M1M03U U I j C j C j C ϕϕωωω== U-120-30-30umb B M1M0M0(3e j j U U U I j C j C C ϕϕωωω°°=−=+ j °12030210umb C M0M0(3ej j U U U I j C j C C ϕϕωωω°°=−=+ j °M1M03C C C ϕϕ=+C ϕϕ为定子绕组相间电容umb umb B umb C ||||I I I === （3）磁平衡纵差保护动作电流op rel I K =K rel – 可靠系数取1.1~1.3对于同步电动机定子绕组每相零序电容（即对接地电容）可由下式计算M00.84C = (/)f ph μ式中k – 由绝缘材料确定的系数，当采用B 级绝缘时K =0.0187S n – 电动机额定容量，MV A U N – 电动机额定电压，kV 由于 则M1M03C C C ϕϕ=+M00.2C C ϕϕ≈M1M01.6C C =op rel rel M0U I K K ==K rel =1.2rel M0 1.31jN K C U ω=×则I op =(1.2×1.31)ωC MO U jN =1.572×ωC MO U jN如P N =2500kW ， 2.5 3.125cos 0.8N N P S ϕ=== MV AM00.840.01870.0165C =××= (/)f ph μI op =1.572×314×0.165×6.3 =51.3A 51.3/300.7≈17% I op 约为电动机额定电流的17%为躲过电容暂态过程的影响，保护设100~120 ms 延时 （4）定子绕组单相接地当供电网络中性点不接地或经消弧线圈接地时，电动机定子绕组单相接地D M03()U I C C ωα∑=−式中α- 接地点到电动机定子绕组中性点的匝数与定子绕组-相匝数之比C ∑- 供电网络每相对地总电容当网络中性点经电阻R 接地时电动机定子绕组单相接地D U I ≈ 式中R – 接地电阻，其他符号与上式相同I D 小于电动机外部单相接地电流I op ，所以磁平衡差动保护不会动作，当供电电网中性点经电阻接地时，电动机定子绕组单相接地磁平衡差动保护是否动作与电动机容量、中性点接地电阻大小、接地点位置有关。

一般电动机容量小，接地点接近机端时该保护会动作，电动机容量较大时，一般不会动作。

磁平衡差动保护应注意的问题（1）电动机起动过程中不会在磁平衡差动保护中产生不平衡电流，因而动作电流只需躲过外部单相接地时形成的不平衡电流，一般情况下动作电流为(15%~20%)电动机额定电流，所以灵敏系数比常规比率制动保护大为提高，提升了电动机纵差保护性能。

（2）电动机磁平衡差动保护性能远优于比率制动差动保护，定子绕组相间短路故障的死区也远比常规比率制动差动小，而且整定计算简单。

在开关柜与电动机间相距较远时（场合），应优先使用这种差动保护。

（3）电流互感器参数应认真选定，其容量可取15~20V A ，二次额定电流宜取1A ，一次额定电流宜取较大值，以保护最严重短路情况下不发生饱和。

（4）按技术规程要求，除磁平衡纵差保护外，还应在开关柜上装设电动机综合保护，对供电电缆上的短路故障与电动机的故障进行保护。

（5）当电动机磁平衡纵差保护电流互感器处配有零序电流互感时，则构成的零序电流保护在动作电流，动作时限上应与开关柜上综合保护中的零序电流保护配合。

三、高阻抗差动保护（SPAE010，011）高阻抗差动保护应对于各种区外故障具备稳定性，正是差动回路中的电阻起到这种稳定作用。

在SPAE010及SPAE011中稳定电阻内置在继电器中，并与测量互感器串联，因此称为高阻抗型保护（见图1及图2）。

（1）高阻抗继电器的动作电流值应躲过任何区外故障引起的差动电流值（对于电动机保护则应躲过电动机起动电流值）。

在保护区内发生故障时两边电流互感器向差动回路馈入电流保护动作。

（2）保护的灵敏性和可靠性取决于电流互感器特性。

对于高阻抗差动保护，两组电流互感器的变比应相等，高阻抗保护中应使用PX 级的低漏磁电流互感器，其技术特性可通过拐点电压U K ，拐点处的励磁电流I e 及二次绕组电阻R 2定义。

（拐点电压是在电流互感器的二次侧测得的励磁电压，即当励磁电压增加10%时，励磁电流增加50%的那一点的励磁电压），见图3。

（3）区内故障情况下，流过差动回路的电流必须足以使继电器动作，拐点电压U K 应大于2倍的穿越故障所需的稳定电压U s ：U K =kU s=2×I k max /n TA (R 2+R m ) 式中 U K – 拐点电压； I k max – 最大穿越故障电流（电动机起动电流）； U s – 稳定电压； n TA –电流互感器变化； R 2 – 电流互感器二次绕组内阻；R m –最大测量回路的总电阻。

保护动作时间无延迟时系数K =2,建议使用的电流互感器二次内阻与测量回路的电阻一样大R 2=R m ，以避免拐点电压过高。

（4）励磁电流I o （拐点电压处电流互感器的励磁电流）I o =[（I prim / n TA ）-(I r +I u )]/m式中 I prim – 保护装置动作的一次侧电流； I r – 继电器整定值；I u – 通过保护电阻的电流；n TA –电流互感器的变比；m –属于保护的每相电流互感器的数目。