电动机差动保护误动原因分析及对策

　　电动机差动保护误动原因分析及对策

　　陕西省勉县第九冶金建设公司王三多

　　【摘要】电动机保护误动主要是电动机在起动过程中差动保护的误动作与变压器差动保护相比，电动机差动保护不需要进行相位转换，两侧电流互感器选型一致。误动最多且原因较难确定的误动主要是电动机差动保护在启动过程中的误动。解决的根本措施是正确地选择CT，既要满足稳态误差，又要满足暂态误差，还要考虑选择额定负担较大的CT。

　　【关键词】电动机保护误动作分析对策

　　1、引言

　　根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，2MW及以上的电动机，或2MW以下的电动机，但电流速段保护灵敏系数不符合要求时，可装设纵联差动保护。纵联差动保护应防止在电动机自起动过程中发生误动作。根据统计，电动机保护误动主要是电动机在起动过程中差动保护的误动作与变压器差动保护相比，电动机差动保护不需要进行相位转换，两侧电流互感器选型一致，因此电动机保护在躲避不平衡电流能力上更强。但多数发电厂从经济性方面考虑，电动机所配置的TA容量不大，且高压电动机离开关柜一般又较远，因此TA二次负荷容易使得TA饱和，造成差动保护的误动。微机保护在计算功能上有了很大提高，因此微机电动机保护装置在防止TA饱和误动问题上作了很多工作，如二次谐波

　　超量闭锁差动，但仍有因TA饱和导致差动保护误动事故的发生。

　　由于600MW机组的不断投入运行，对厂用电系统的保护和控制系统的性能要求越来越高。厂用电系统中的电气设备主要包括6kV、400V母线系统、电动机和厂用变压器。6kV系统的保护在整个厂用系统中占据着重要地位，厂用电系统虽然电压不高，但其结构复杂，采用的设备众多，使用的保护装置也多样化。由于不同型号的保护其原理和成熟程度不尽相同。因此在实际的应用过程中不可避免的产生误动。根据统计，误动最多且原因较难确定的误动主要是电动机差动保护在启动过程中的误动。

　　2、电动机启动电流特性分析

　　在发电厂厂用电系统中(电压等级一般为3kV，6kV，10kV)，由于采用了大型给水泵电机作为锅炉给水的主要电气设备，其容量一般在2000kw以上，设备重要性高，为提高设备保护的可靠性，一般情况下按设计规程要求，都配置了电动机差动保护。目前电动机差动保护所用CT的饱和电压一般都在100V以下，额定二次负载一般都不超过1Ω，且电动机差动保护所用的电流互感器的安装位置不同，～般情况下机端侧的CT装于配电室开关柜上，靠近差动保护装置安装处;中性点侧CT靠近电机本体，远离差动保护安装处。CT的二次电缆一般都采用2.5mm的单芯铜电缆。这样装于中性点处CT的二次负载比开关柜处CT的二次负载大。因此在电机启动时，加上电磁暂态过程，较易造成中性点CT饱和，差流增大，导致实际运行中时有发生比率制动差动保护动作掉闸现象。从现场实际录下的波形分析，都证实了这一点。厂用高压电动机(常规)大多采用全压启动方式，启动时，当电动机静止，其反电势尚未建立，电机呈现感性阻抗特征，在开关合闸瞬间，相当于电源电压全部加到电机的阻抗上，近似于短路状态，其电磁过程可以采用短路电流特征来描述。

　　3、电机启动过程中差动保护误动原因分析

　　电动机启动过程中，定子启动电流中不但有基频交变分量，还存在着非周期分量和低频交变分量。其中，非周期分量电流很快衰减至零，低频交变分量的频率随转速升高而增大，随转子的非周期电流的衰减并很快衰减至零。电动机在启动过程中。含有较大的非周期分量即谐波分量。同时启动电流较大(一般为电动机额定电流的6～8倍)，且持续时间长。当电动机带载启动时，这个过程持续时间更长，一般要到8～15s。所以。如果在设计差动保护软件时对此考虑不周。在启动过程中的误动是必然的。从电流互感器(TA)二次负载分析，启动过程中特别是在低转速时启动电流较大。由于差动保护两侧TA的特性差异，会造成较大的不平衡电流，可能导致差动保护的误动。发电厂中.由于电动机的装设位置距离开关室比较远，最近的也有上百米，考虑经济和体积等因素，差动保护采用的2组TA容量基本相同(10～l5V•A)，一组装于6l(V开关室的开关柜内.另一组装于电动机本体内三相绕组中性点处，差动保护装置安装在开关柜上。即使两侧TA的特性相同，两者的负载仍有较大的差别，电机中性点TA由于负载大，在启动时达到的饱和程度要比开关柜的TA深得多，饱和的时问和电动机启动时的负荷有关。该厂中，TA容量均为15V•A，开关柜内TA二次负载约为0.3Q，电机中性点处TA二次负载约为1.5Q。在正常工作情况下，中点侧TA已接近于满负荷，电动机启动时启动电流为正常运行的6～8倍，由于TA饱和，在差动回路产生的差流足以造成差动保护误动。从保护装置的动作录波中发现，电流从第2、3个周波开始TA就进入不同程度的饱和，开始出现差动电流。

　　4、电动机差动保护误动对策

　　4.1电动机系统设计措施。在电动机差动保护的系统设计中，CT的选择至关重要，同时也不能忽略CT二次负载不同造成的附加影响。在新建工程设计阶段应选用合适的CT。主要措施如下：一是在选择CT时，不仅要保证稳态误差的要求(这一点没问题，所有的差动保护的设计中这一点都满足要求)，而且要保证暂态误差的要求，二是要求所选择的CT在暂态条件下，不可能进入饱和区或同时进入饱和区，三是为了满足以上两点要求，应优先选用P级CT，如果P级CT不满足要求，则应采用T级CT，四是尽量选用伏安特性、额定负载较大的CT，五是采取相应减小中性点侧CT二次负担措施，增大中性点CT二次电缆截面，使其电阻小于CT额定负担。

　　电动机启动中的电流暂态过程复杂，和启动时电动机条件有很大关系，兼顾灵敏度的情况下，即使提高差动动作电流和差动制动系数，也不一定能可靠躲过启动过程。在CSC236数字式差动保护中.跳闸出口软件内部采取了小段延时来降低谐波造成的影响，而对于发信模块是直接出口方式。由于启动电流及其非周期分量的快速下降和衰减。所以有时会出现差动保护启动发信但未出口跳闸。该方法只能作为现场采用的临时措施使用。

　　4.2系统投运后的补救措施。在已经投入运行的厂用系统电动机差动保护中，如果CT选择确实不当，又不愿意更换CT，为避免在暂态条件下差动保护误动作，可采用以下方法。针对CT饱和所呈现出的二次电流暂态特征，在电机启动时，增加差动保护二次谐波制动判据，即差动电流超过启动定值后，先进行二次谐波计算，当二次谐波幅值占基波幅值比率超过整定值时，闭锁比率差动保护动作，以避免在启动中差动保护因中性点CT饱和而误动。同时也应看到，当合闸于故障电机时，由于是启动兼短路故障，因二次谐波制动，会增加比率差动保护的动作时间，即暂态过程持续的时间，一般为2～3个周波时间，这在低电压等级系统中还是允许的。应该说这一措施降低了差动保护的快速性和灵敏性，是一项不得已而为之的措施。

　　降低电动机中性点TA的二次负载或增大TA的容量也是行之有效的方法。对于电动机中性点附近的差动保护用TA，现场必须根据互感器的试验数据，对TA的l0%误差曲线进行校核，如TA的允许负载不满足10%误差曲线，在电动机的启动过程中由于TA饱和产生的不平衡电流可能超过差动保护启动定值，引起保护误动。多数发电厂从经济性方面考虑，电动机所配置的TA其容量都不大，且高压电动机离开关柜一般又较远.所以调试阶段由此而产生的差动误动频率很高。最根本的解决方法是更换为容量较大的TA，但是现场很难实施。较容易实行的方法是减小中性点TA的二次负载，即加大二次电流回路的电缆芯线截面积来减少由此产生的不平衡电流，如原来用2.5mm2，现改为4mm2或6mm2，一般即可消除误动。在新近的发电厂和变电所设计中，已开始采用二次为1A的TA来解决TA二次负荷的问题。电厂中由于电气设备分布范围较广，TA的二次回路负荷严重不均衡，如原来用2.5mm2的电缆最大能达到10Ω，而采用二次为1A的TA，由于其励磁特性较高，二次带负荷能力强，减小电动机启动过程中TA的不平衡电流，同时亦能兼顾系统容量不断增大造成的大故障电流对TA的要求，但对保护的采样精确度和零漂的要求也大为提高。

　　5、结束语

　　电动机差动保护的误动，要仔细了解继电保护装置原理，并根据误动现象找出其根本原因，才能提出切实可行的处理方法。电动机的差动保护在电机启动过程中或备自投过程中引起差动保护误动作的主要原因是由于在暂态条件下两侧CT的一侧CT饱和所致，解决的根本措施是正确地选择CT，既要满足稳态误差，又要满足暂态误差，还要考虑选择额定负担较大的CT。由于选择CT时，总是在一定条件下计算其稳态误差和暂态误差。但启动合闸具有一定的随机性，为确保差动保护高可靠性和安全性，差动保护的动作时间不宜太快，以40～50ms为宜。

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