高压电动机差动保护误动原因分析

凌艳，刘杰

(咸宁供电公司，湖北 咸宁 437100)

高压电动机差动保护误动原因分析

凌艳，刘杰

(咸宁供电公司，湖北 咸宁 437100)

对高压电动机差动保护误动的原因进行分析，并提出解决方法。

电动机;差动保护;误动;分析

1 引言

WCZ-3型微机电动机差动保护用于大型(2000kV)电动机内部短路保护，与WDZ-3型微机电动机综合保护共同构成大型电动机的全套就地保护。某电厂注水泵电动机改采用该保护装置后，在安装调试时发生差动保护误动作的故障，下面对此做具体分析。

2 差动保护误动基本原理

电动机保护由WDZ-3型微机电动机综合保护和WCZ-3型微机电动机差动保护共同构成。装置的工作原理为:首先通过电流互感器信号调整电路将电动机端电流I1和中性点电流I2转换为对应的电压信号并送至A/D转换单元，进行转换主控单元将各通道数据读入，经运算得到:I2=(I1+I2)/2和Id=|I1－I2|装置的动作判据为:

式中:Iset为差动保护最小动作电流;K为比率制动系数。当式(3)～(4)同时满足时，出口继电器、信号继电器动作，并留下就地的自保持信号。其动作曲线如图1所示。在电动机启动时，为躲开启动瞬间的暂态峰值电流，软件设置了一小段延时。

图1 电动机比率差动保护特性

3 差动保护误动原因分析

差动用保护电流互感器均为LZX-10型，0.5级/D级，电流变比为400/5，D级是差动保护专用。差动继电器动作电流整定值为5A。第一次起动时，为了调试方便，在确认互感器极性正确，电机没有异常后，退出差动保护，起动电机，电动机起动成功。但电机起动期间，“CT断线”信号灯亮，起动完后，信号灯熄灭。CT断线整定电流为0.625A。说明起动时回路有大于0.625A的差电流流过，而“CT断线”只发预告信号，不会使回路跳闸。此次起动是退出差动保护起动的，这样就不能满足电动机的保护要求。回路存在差电流是肯定的，这个差流从哪里来?停机后经过仔细检查，确认实际接线完全符合设计要求极性也正确，投入差动保护，再次起动，差动瞬间跳闸，这究竟是什么原因呢?从保护原理上保护是完整的，检查过电动机一次系统无异常，二次接线无异常，校验过差动继电器也正常。但在电动机试转时差动保护不能可靠躲过启动过程，误动表现在差动保护启动发信但未出口及直接误动跳闸。经过分析发现在该发电厂，电动机的装设位置距离开关室比较远，差动保护采用的两组容量相同电流互感器，一组装于6kV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。连接开关柜内电流互感器二次电缆长度很短只有3m，而连接性点处的电流互感器的二次电缆很长有近200m。电流互感器二次电缆均采用截面积为2.5mm的铜芯电缆，如果中性点处电流互感器二次电缆过长时，线路的电阻就会增大，使电流互感器二次负荷超过其额定负荷，致使电流互感器误差增大，导致差动保护误动作。

具体分具体分析如下:分析之前，需要先清楚电流互感器10%误差曲线的含义。如图2所示，该曲线为LZX-10、400/5、D级电流互感器10%误差曲线，该曲线表示的是在比值误差fi(%)=10%时，一次电流倍数m与二次负荷Z2en的关系曲线。理论分析证明，按10%选择电流互感器即能满足继电保护的灵敏性和选择性要求。

图2 LZX-10型电流互感器10%倍数曲线(D级)

该曲线的使用方法是:首先计算一次侧电流倍数m，然后从10%误差曲线上找出与m对应的二次负荷Z2en，当实际二次负荷阻抗小于Z2en时，即保证所选用的电流互感器误差小于10%。

电流互感器的二次负荷可用下式计算:

式中:Krc继电器的接线系数;Zr继电器线圈阻抗(Ω);Klc连接导线的连线系数;Zl连接导线的阻抗(Ω);Zt接触电阻，一般约为0.05～0.1Ω。两相星形接线方式

继电器绕组的阻抗很小，大约为0.04Ω即Zr=0.04Ω;接触电阻可按0.1Ω 计算，即Zt=0.1Ω，如果按照电动机的启动电流为其额定电流的(6～8)取6倍计算，从图2电流互感器10%倍数曲线可以看出，6倍电流值的二次负荷不应该大于2.5Ω将上述数值代人公式(6)，可算出Zl=1.36Ω也就是连接导线电阻Zl≤1.36Ω才能满足电流互感器二次负荷的要求。按照铜的电阻率为1.75×10－2Ω·m、电缆芯截面积为2.5mm2，通过计算电阻的公式可得到电缆长度:L=RS/2ρ=ZlS/2ρ=1.36×2.5÷2÷0.0175=97m。就是说连接电流互感器的二次电缆的长度超过97m时，电流互感器实际二次负荷就会超过电流互感器10%误差曲线对应的二次负荷Z2en，导致电流互感器误差大于10%。实际连接中性点处电流互感器二次电缆长度有近200m远远大于97m，说明中性点处电流互感器的二次电流就超差。而连接开关柜内的电流互感器的二次电缆很短只有3m，在电流互感器二次负荷允许范围内，该电流互感器的二次电流就不超差。一个误差大，一个指示正确，导致流过继电器的电流差值过大，造成差动保护误动作。正常情况下，二次负荷计算公式为:

4 差动保护误动解决方法

针对电动机启动过程中差动保护误动的原因:由于电流互感器二次负载不均，且中性点侧电流互感器过饱和而开关柜侧电流互感器未饱和而产生不平衡电流引起。可采用提高差动动作电流和差动制动系数来躲过，但这样会降低保护在正常工作时的灵敏度，且该方法也不可靠。电动机启动中的电流暂态过程复杂，并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。所以最实际可行的方法是降低电动机中性点侧电流互感器的二次阻抗。从公式(5)中可以看到电流互感器的二次回路阻抗主要由三部分组成，分别是继电器线圈的阻抗、连接导线的阻抗和接触电阻，一般可以采用三种方法解决:

(1)加大电流回路电缆截面，减小Z1;

(2)改变电流互感器二次回路接线方式，从而改变接线系数;

(3)选用二次多绕组的电流互感器，将保护继电器分摊在不同的二次绕组或将两个二次绕组串联使用。

相比保护装置的阻抗和二次接触电阻，电流互感器的二次负载可以认为主要都取决于二次电缆的阻抗，减小二次电缆的阻抗就可以有效减小二次回路总的阻抗。采用上述的第一种方法，增大电流回路的电缆截面积。用一根备用电缆芯分别与原来的中性点电流互感器二次连接线并联使用，将原来的连接导线阻抗减小一半，大大减小了二次回路的阻抗。经过多次启动试验及以后的实际运行，差动保护未再出现误动情况，问题得以圆满解决。

［1］ 尹项根，曾克娥．电力系统继电保护原理与应用［M］．武汉:华中科技大学出版社，2001．

［2］ 毛锦庆，赵自刚，马杰，等．电力系统继电保护实用技术问答［M］．中国电力出版社，1997．

Analysis of M alfunction of Differential Protection of the High-voltage M otor

LING Yan，LIU Jie
(Xianning Power Supply Company，Xianning 437100，China)

Analyze the cause ofmalfunction of the differential protection of the high － voltage motor，and put forward solvingmethods．

motor;differential protection;malfunction;analysis

TM32

B

1004－289X(2013)03－0089－03

2012－08－06

凌艳(1983－)，女，湖北武汉，咸宁供电公司电力调度中心从事保护整定工作;

刘杰(1985－)，男，湖北黄石，咸宁供电公司电力调度中心从事电网运行工作。。