電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析及對(duì)策
　　陜西省勉縣第九冶金建設(shè)公司王三多
　　【摘要】電動(dòng)機(jī)保護(hù)誤動(dòng)主要是電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作與變壓器差動(dòng)保護(hù)相比，電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)不需要進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換，兩側(cè)電流互感器選型一致。誤動(dòng)最多且原因較難確定的誤動(dòng)主要是電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)在啟動(dòng)過(guò)程中的誤動(dòng)。解決的根本措施是正確地選擇CT，既要滿足穩(wěn)態(tài)誤差，又要滿足暫態(tài)誤差，還要考慮選擇額定負(fù)擔(dān)較大的CT。
　　【關(guān)鍵詞】電動(dòng)機(jī)保護(hù)誤動(dòng)作分析對(duì)策
　　1、引言
　　根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，2MW及以上的電動(dòng)機(jī)，或2MW以下的電動(dòng)機(jī)，但電流速段保護(hù)靈敏系數(shù)不符合要求時(shí)，可裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)�？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)防止在電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)過(guò)程中發(fā)生誤動(dòng)作。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)誤動(dòng)主要是電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作與變壓器差動(dòng)保護(hù)相比，電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)不需要進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換，兩側(cè)電流互感器選型一致，因此電動(dòng)機(jī)保護(hù)在躲避不平衡電流能力上更強(qiáng)。但多數(shù)發(fā)電廠從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，電動(dòng)機(jī)所配置的TA容量不大，且高壓電動(dòng)機(jī)離開關(guān)柜一般又較遠(yuǎn)，因此TA二次負(fù)荷容易使得TA飽和，造成差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。微機(jī)保護(hù)在計(jì)算功能上有了很大提高，因此微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置在防止TA飽和誤動(dòng)問(wèn)題上作了很多工作，如二次諧波
　　超量閉鎖差動(dòng)，但仍有因TA飽和導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)事故的發(fā)生。
　　由于600MW機(jī)組的不斷投入運(yùn)行，對(duì)廠用電系統(tǒng)的保護(hù)和控制系統(tǒng)的性能要求越來(lái)越高。廠用電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備主要包括6kV、400V母線系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)和廠用變壓器。6kV系統(tǒng)的保護(hù)在整個(gè)廠用系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位，廠用電系統(tǒng)雖然電壓不高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用的設(shè)備眾多，使用的保護(hù)裝置也多樣化。由于不同型號(hào)的保護(hù)其原理和成熟程度不盡相同。因此在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生誤動(dòng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，誤動(dòng)最多且原因較難確定的誤動(dòng)主要是電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)在啟動(dòng)過(guò)程中的誤動(dòng)。
　　2、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流特性分析
　　在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中(電壓等級(jí)一般為3kV，6kV，10kV)，由于采用了大型給水泵電機(jī)作為鍋爐給水的主要電氣設(shè)備，其容量一般在2000kw以上，設(shè)備重要性高，為提高設(shè)備保護(hù)的可靠性，一般情況下按設(shè)計(jì)規(guī)程要求，都配置了電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)。目前電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)所用CT的飽和電壓一般都在100V以下，額定二次負(fù)載一般都不超過(guò)1Ω，且電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)所用的電流互感器的安裝位置不同，～般情況下機(jī)端側(cè)的CT裝于配電室開關(guān)柜上，靠近差動(dòng)保護(hù)裝置安裝處；中性點(diǎn)側(cè)CT靠近電機(jī)本體，遠(yuǎn)離差動(dòng)保護(hù)安裝處。CT的二次電纜一般都采用2．5mm的單芯銅電纜。這樣裝于中性點(diǎn)處CT的二次負(fù)載比開關(guān)柜處CT的二次負(fù)載大。因此在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，加上電磁暫態(tài)過(guò)程，較易造成中性點(diǎn)CT飽和，差流增大，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中時(shí)有發(fā)生比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作掉閘現(xiàn)象。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際錄下的波形分析，都證實(shí)了這一點(diǎn)。廠用高壓電動(dòng)機(jī)(常規(guī))大多采用全壓?jiǎn)��?dòng)方式，啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)靜止，其反電勢(shì)尚未建立，電機(jī)呈現(xiàn)感性阻抗特征，在開關(guān)合閘瞬間，相當(dāng)于電源電壓全部加到電機(jī)的阻抗上，近似于短路狀態(tài)，其電磁過(guò)程可以采用短路電流特征來(lái)描述。
　　3、電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析
　　電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，定子啟動(dòng)電流中不但有基頻交變分量，還存在著非周期分量和低頻交變分量。其中，非周期分量電流很快衰減至零，低頻交變分量的頻率隨轉(zhuǎn)速升高而增大，隨轉(zhuǎn)子的非周期電流的衰減并很快衰減至零。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中。含有較大的非周期分量即諧波分量。同時(shí)啟動(dòng)電流較大(一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的6～8倍)，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶載啟動(dòng)時(shí)，這個(gè)過(guò)程持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，一般要到8～15s。所以。如果在設(shè)計(jì)差動(dòng)保護(hù)軟件時(shí)對(duì)此考慮不周。在啟動(dòng)過(guò)程中的誤動(dòng)是必然的。從電流互感器(TA)二次負(fù)載分析，啟動(dòng)過(guò)程中特別是在低轉(zhuǎn)速時(shí)啟動(dòng)電流較大。由于差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA的特性差異，會(huì)造成較大的不平衡電流，可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。發(fā)電廠中．由于電動(dòng)機(jī)的裝設(shè)位置距離開關(guān)室比較遠(yuǎn)，最近的也有上百米，考慮經(jīng)濟(jì)和體積等因素，差動(dòng)保護(hù)采用的2組TA容量基本相同(10～l5V•A)，一組裝于6l(V開關(guān)室的開關(guān)柜內(nèi)．另一組裝于電動(dòng)機(jī)本體內(nèi)三相繞組中性點(diǎn)處，差動(dòng)保護(hù)裝置安裝在開關(guān)柜上。即使兩側(cè)TA的特性相同，兩者的負(fù)載仍有較大的差別，電機(jī)中性點(diǎn)TA由于負(fù)載大，在啟動(dòng)時(shí)達(dá)到的飽和程度要比開關(guān)柜的TA深得多，飽和的時(shí)問(wèn)和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的負(fù)荷有關(guān)。該廠中，TA容量均為15V•A，開關(guān)柜內(nèi)TA二次負(fù)載約為0．3Q，電機(jī)中性點(diǎn)處TA二次負(fù)載約為1．5Q。在正常工作情況下，中點(diǎn)側(cè)TA已接近于滿負(fù)荷，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流為正常運(yùn)行的6～8倍，由于TA飽和，在差動(dòng)回路產(chǎn)生的差流足以造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。從保護(hù)裝置的動(dòng)作錄波中發(fā)現(xiàn)，電流從第2、3個(gè)周波開始TA就進(jìn)入不同程度的飽和，開始出現(xiàn)差動(dòng)電流。
　　4、電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)對(duì)策
　　4.1電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)措施。在電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，CT的選擇至關(guān)重要，同時(shí)也不能忽略CT二次負(fù)載不同造成的附加影響。在新建工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)選用合適的CT。主要措施如下：一是在選擇CT時(shí)，不僅要保證穩(wěn)態(tài)誤差的要求(這一點(diǎn)沒(méi)問(wèn)題，所有的差動(dòng)保護(hù)的設(shè)計(jì)中這一點(diǎn)都滿足要求)，而且要保證暫態(tài)誤差的要求，二是要求所選擇的CT在暫態(tài)條件下，不可能進(jìn)入飽和區(qū)或同時(shí)進(jìn)入飽和區(qū)，三是為了滿足以上兩點(diǎn)要求，應(yīng)優(yōu)先選用P級(jí)CT，如果P級(jí)CT不滿足要求，則應(yīng)采用T級(jí)CT，四是盡量選用伏安特性、額定負(fù)載較大的CT，五是采取相應(yīng)減小中性點(diǎn)側(cè)CT二次負(fù)擔(dān)措施，增大中性點(diǎn)CT二次電纜截面，使其電阻小于CT額定負(fù)擔(dān)。
　　電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中的電流暫態(tài)過(guò)程復(fù)雜，和啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)條件有很大關(guān)系，兼顧靈敏度的情況下，即使提高差動(dòng)動(dòng)作電流和差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)，也不一定能可靠躲過(guò)啟動(dòng)過(guò)程。在CSC236數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)中．跳閘出口軟件內(nèi)部采取了小段延時(shí)來(lái)降低諧波造成的影響，而對(duì)于發(fā)信模塊是直接出口方式。由于啟動(dòng)電流及其非周期分量的快速下降和衰減。所以有時(shí)會(huì)出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)發(fā)信但未出口跳閘。該方法只能作為現(xiàn)場(chǎng)采用的臨時(shí)措施使用。
　　4.2系統(tǒng)投運(yùn)后的補(bǔ)救措施。在已經(jīng)投入運(yùn)行的廠用系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)中，如果CT選擇確實(shí)不當(dāng)，又不愿意更換CT，為避免在暫態(tài)條件下差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，可采用以下方法。針對(duì)CT飽和所呈現(xiàn)出的二次電流暫態(tài)特征，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，增加差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)判據(jù)，即差動(dòng)電流超過(guò)啟動(dòng)定值后，先進(jìn)行二次諧波計(jì)算，當(dāng)二次諧波幅值占基波幅值比率超過(guò)整定值時(shí)，閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，以避免在啟動(dòng)中差動(dòng)保護(hù)因中性點(diǎn)CT飽和而誤動(dòng)。同時(shí)也應(yīng)看到，當(dāng)合閘于故障電機(jī)時(shí)，由于是啟動(dòng)兼短路故障，因二次諧波制動(dòng)，會(huì)增加比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，即暫態(tài)過(guò)程持續(xù)的時(shí)間，一般為2～3個(gè)周波時(shí)間，這在低電壓等級(jí)系統(tǒng)中還是允許的。應(yīng)該說(shuō)這一措施降低了差動(dòng)保護(hù)的快速性和靈敏性，是一項(xiàng)不得已而為之的措施。
　　降低電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)TA的二次負(fù)載或增大TA的容量也是行之有效的方法。對(duì)于電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)附近的差動(dòng)保護(hù)用TA，現(xiàn)場(chǎng)必須根據(jù)互感器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)TA的l0％誤差曲線進(jìn)行校核，如TA的允許負(fù)載不滿足10%誤差曲線，在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中由于TA飽和產(chǎn)生的不平衡電流可能超過(guò)差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)定值，引起保護(hù)誤動(dòng)。多數(shù)發(fā)電廠從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，電動(dòng)機(jī)所配置的TA其容量都不大，且高壓電動(dòng)機(jī)離開關(guān)柜一般又較遠(yuǎn)．所以調(diào)試階段由此而產(chǎn)生的差動(dòng)誤動(dòng)頻率很高。最根本的解決方法是更換為容量較大的TA，但是現(xiàn)場(chǎng)很難實(shí)施。較容易實(shí)行的方法是減小中性點(diǎn)TA的二次負(fù)載，即加大二次電流回路的電纜芯線截面積來(lái)減少由此產(chǎn)生的不平衡電流，如原來(lái)用2．5mm2，現(xiàn)改為4mm2或6mm2，一般即可消除誤動(dòng)。在新近的發(fā)電廠和變電所設(shè)計(jì)中，已開始采用二次為1A的TA來(lái)解決TA二次負(fù)荷的問(wèn)題。電廠中由于電氣設(shè)備分布范圍較廣，TA的二次回路負(fù)荷嚴(yán)重不均衡，如原來(lái)用2.5mm2的電纜最大能達(dá)到10Ω，而采用二次為1A的TA，由于其勵(lì)磁特性較高，二次帶負(fù)荷能力強(qiáng)，減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中TA的不平衡電流，同時(shí)亦能兼顧系統(tǒng)容量不斷增大造成的大故障電流對(duì)TA的要求，但對(duì)保護(hù)的采樣精確度和零漂的要求也大為提高。
　　5、結(jié)束語(yǔ)
　　電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，要仔細(xì)了解繼電保護(hù)裝置原理，并根據(jù)誤動(dòng)現(xiàn)象找出其根本原因，才能提出切實(shí)可行的處理方法。電動(dòng)機(jī)的差動(dòng)保護(hù)在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中或備自投過(guò)程中引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的主要原因是由于在暫態(tài)條件下兩側(cè)CT的一側(cè)CT飽和所致，解決的根本措施是正確地選擇CT，既要滿足穩(wěn)態(tài)誤差，又要滿足暫態(tài)誤差，還要考慮選擇額定負(fù)擔(dān)較大的CT。由于選擇CT時(shí)，總是在一定條件下計(jì)算其穩(wěn)態(tài)誤差和暫態(tài)誤差。但啟動(dòng)合閘具有一定的隨機(jī)性，為確保差動(dòng)保護(hù)高可靠性和安全性，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間不宜太快，以40～50ms為宜。

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