高压电动机差动保护原理及注意事项

高压电动机差动保护原理及注意事项

令狐采学

差动保护是大型高压电气设备广泛采用的一种保护方式，2000KW以上的高压电动机一般采用差动保护，或2000kW(含2000kW)以下、具有六个引出线的重要电动机，当电流速断保护不能满足灵敏度的要求时，也装设纵差保护作为机间短路的主保护。差动保护基于被保护设备的短路故障而设，快速反应于设备内部短路故障。对被保护范围区外故障引起区内电流变化的、电动机启动瞬间的暂态峰值差流、首尾端CT不平衡电流等容易引起保护误判的电流，对于不同的差动保护原理，有不同的消除这些电流的措施。

差动保护的基本原理为检测电动机始末端的电流，比较始端电流和末端电流的相位和幅值的原理而构成的，正常情况下二者的差流为0，即流入电动机的电流等于流出电动机的电流。当电动机内部发生短路故障时，二者之间产生差流，启动保护功能，出口跳电动机的断路器。微机保护一般采用分相比差流方式。

图1 电动机差动保护单线原理接线图

为了实现这种保护，在电动机中性点侧与靠近出口端断路器处装设同一型号和同一变化的两组电流互感器TA1和TA2。两组电流互感器之间，即为纵差保护的保护区。电流互感器二次侧按循环电流法接线。设两端电流互感器一、二次侧按同极性相串的原则相连，即两个电流互感器的二次侧异极性相连，并在两连线之间并联接入电流继电器，在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次电流I·12与I·22之差。继电器是反应两侧电流互感器二次电流之差而动作的，故称为差动继电器。图1所示为电动机纵差保护单线原理接线图。在中性点不接地系统供电网络中，电动机的纵差保护一般采用两相式接线，用两个BCH-2型差动继电器或两个DL-11型电流继电器构成。如果采用DL-11型继电器，为躲过电动机启动时暂态电流的影响，可利用出口中间继电器带0.1s的延时动作于跳闸。如果是微机保护装置，则只需将CT二次分别接入保护装置即可，但要注意极性端。一般在保护装置端子上有交流量或称模拟量输入的端子，分别定义为Ia1、Ia1*、Ic1、Ic1*（电机的端电流），Ia2、Ia2*、Ic2、Ic2*（电机的中性线电流），带*的为极性端。

保护装置的原理接线图如图2所示。电流互感器应具有相同的特性，并能满足10%误差要求。

微机保护原理框图见图如下：

BTJ ：保护跳闸继电器， ACT ：保护动作信号继电器

I∑＝(I1+I2)/2为电动机的和电流幅值 Id ＝I1-I2电动机的差电流幅值 Ida ：A 相差动电流 Idc ：C 相差动电流 Isd 差动速断电流整定值

Iset 整定的差动保护最小动作电流值 IN 电动机额定电流值 K 整定的比率制动系数

tdz ：整定的差动保护动作时间 t ：差动保护实际动作时间

＆

≥1

BTJ

ACT

BTJ

t dz

比率差动（投跳）

I d -I set >K(I ∑-I N I ∑>I N

I d >I set I ∑I sd I d >I set

分相 比率 差动 保护

1、差动速断保护

电动机内部发生严重短路故障的时候，为了迅速启动保护，而设置了此功能。因为在启动过程中有瞬间的最大的不平衡电流，为了躲开这个电流，使差流速断在启动过程中也能正常工作，整定值Isd应大于启动瞬间的最大不平衡差电流。

启动保护判据：Ida>Isd

或Idc>Isd

2、分相比率差动保护

分相采集电动机的端电流和中性线电流，计算出差电流和和电流。

●何为比率差动？即比率制动，又称穿越电流制动，这种制动作用与穿越电流的大小成正比，因此保护的起动电流随着制动电流的增加而自动增加。起动电流/制动电流称为制动系数，从这点上可称为比率制动。

●为什么要计算和电流？

●本保护带70ms的延时，以避开启动开始瞬间的暂态峰值电流。

3、整定值自动加倍

为防止在电动机较大的启动电流下，由于始末端CT不平衡电流引起本保护误动作，一般微机保护在启动过程中给整定值自动加倍功能，最小动作电流Iset和比率制动系数K自动加倍。

4、CT断线检测

CT断线时容易保护动作，为防止此类现象发生，当发生CT 断线时闭锁保护出口。但CT开路也不是好玩的。

判断逻辑：四个电流中仅有一个电流小于0.125倍额定电流，且其它三个电流均大于0.125倍额定电流但小于额定电流时，才认为发生了CT断线，发出信号，闭锁保护出口。

当CT断线条件不满足后，CT断线信号及指示灯自动复归，并自动解除保护出口闭锁。

5、参数设置

例：设引风机的额定功率P=2240KW，额定电压=6000V，额定电流=P/1.7UCOSφ=2240/1.7*6*0.8=269.43A ,CT变比为

400/5=80，则二次额定电流为Ie2=269.43/80=3.37

●保护装置的动作电流按躲过电动机额定电流来整定(考虑二

次回路继线)，即Iset= KreL×Kap×Kcc×Ker×Ie2

(1)

式中 KreL ——可靠系数，取2；ap K ——非周期分量系数，对异

步电动机取1.5；cc K ——为同型系数，取1；er K ——电流互感器综合误差，取0.1；Ie2——电动机的二次额定电流；

Iset=2×1.5×1×0.1×3.37=1.01 整定时取1.1

●比率的整定值按躲过电动机最大起动电流下差动回路不平衡电流整定。最大起动电流m ax st I 下的不平衡电流max unb I 为

max unb I ＝TA

st er

cc ap n I K K K max

＝2*1*0.1*10n I ＝2n I 取ap K ＝2、cc K ＝1、er K ＝0.1、m ax st I ＝st K N I （取st K ＝10）

比率制动特性斜率为

K=

g

n st cdqd

unb rel I I K I I K --max ＝

n

n n

n I I I I --103.02*2=0.4

rel K 可靠系数，取2，g I 为拐点电流，本装置中固定为额定电流

IN

●差动速断定值Isd 按躲过电动机起动瞬间最大不平衡电流条件整定。

Isd ＝max unb rel I K =2×2×3.37=13.48A

rel K 可靠系数，取2

实际取： Isd=13.5A

●整定值，要用灵敏系数来校验，要求灵敏系数不小于2。