高压电机继电保护不当引起的事故处理

张建飞

承德建龙特殊钢有限公司能源中心 河北兴隆县

《电力装置的继电保护和自动装置的设计规范》GB/T 50062—2008中9.0.1条明确规定：对3kV以上异步和同步电机出现的一些故障和异常运行方式（如定子绕组相间短路、定子绕组单相接地和定子绕组过负荷等），应装设保护装置。但实际使用中，部分企业因重视不够或设置不合理，未按要求投入相应保护，使小故障发展为大事故，给企业造成巨大损失。

1.事故经过

某制氧厂制氧作业区值班人员发现空压机在没有任何工艺报警情况下突然停机。电气技术人员检查发现电机冷却器和电机本体结合处有黑烟冒出，并有电器绝缘材料高温烧损的气味。经检测，三相绕组接地，查看电机高压综保监控记录，发现一段PT零序动作信号、母联速断保护动作信号、电机C相比率差动动作信号、电机差动速断动作信号和电机正序电流动作信号。拆下电机冷却器和前后端盖，发现电机C相线圈后面有一根引出线崩断，前端匝间短路、定子和电机外壳之间有一定量铜碎末。确认电机烧毁且现场不能修复，检查前后轴瓦及空冷器良好。事故造成炼钢和轧钢生产线停产近44h，电机修复时间达1个月，损失巨大。

2.原因初判

故障电机是YKS710-4型普通异步交流电机（功率3600kW、电压等级6kV、额定电流405.1A、转速1491r/min、绝缘等级F、空水冷却）。此前已运行4年，使用中未见异常。生产单位分析电机烧毁原因如下。

（1）操作运行方面。当日值班作业长在巡视完主控室及供水系统，交接班后一切正常。电机的电压、电流、定子铁芯温度分别是6.2kV、340A和61～68℃（共6个测温点），均无较大变化。在电机停机同时（3s内），电机铁芯温度（TIA3027）升高到98.8℃。值班人员在工艺停机操作完成后，通知相关人员，事后查看电脑监控记录（可保存7天），未发现违章操作现象。据此排除操作运行引起电机故障的可能。

（2）外部电网及操作方面。当日夜间无雷雨，排除大气过电压击穿电机绝缘的可能。各生产线生产正常进行，没有启动高压设备的厂（车间），排除操作过电压的可能。1个月前，通往制氧厂的电缆出现B相接地（施工造成），但在规定时间段内停机进行了处理，按电力设备运行规程，不应对电机产生较大损伤。

（3）电机综保方面及110kV变压站。制氧电源取自公司110kV变电站，母线分段（Ⅰ、Ⅱ），电机故障时的综保装置记录如下。

0：42：36 I段 PT 零序动作

0：45：16 母联速断保护动作

0：45：17 电机C相比率差动动作

0：45：17 电机差动速断动作

0：45：17 电机正序电流动作

从上述记录可知，该电机保护装置均已动作，证实综保装置正常。110kV变电站在0：42，6kV母线B相出现1个接地信号，0：45时，6kV所带水泥厂、D100空压机甩负荷，但开关未动作。

（4）电机方面。对冷却器进行打压试验，不漏水。查看记录，电机铁芯温度均不超过70℃，F级绝缘可达140～150℃，也排除高温导致绝缘迅速老化击穿的可能。

生产单位根据110kV变压站及电机综保历史记录，结合电机解体，分析电机BC相线圈在制造时存在绝缘薄弱点，由于长期运行使其老化击穿，形成匝间短路、接地，随后B、C相短路。最终判定电机烧毁是其制造质量引起。

3.原因确定

通过上述材料可以看出，电机匝间短路烧毁电机的理由过于牵强，应该是电机绝缘薄弱地点接地，因接地保护不完备使事故扩大化，造成电机烧毁。电机综保装置记录中没有电机接地告警和接地跳闸的记录，而110kV变电站和制氧厂的综保记录均有I段PT零序动作的记录，而且此接地记录与母联速断动作的时间竟相差2分40秒，即从定子绕组接地发展到绕组相间短路近3min。在恢复生产过程中，检查电路和电气设备，除电机绕组内部接地外，没有发现其他接地点。

《继电保护和安全自动装置技术规程》GB/T 14285—2006中的异步和同步电机保护，4.13.3条规定“对于单相接地，当接地电流＞5A时，应装设单相接地保护。单相接地电流为≥10A时，保护动作于跳闸；单相接地电流＜10A时，保护可动作于跳闸也可动作于信号”。由于该厂电缆线路长，接地总电流达到几十安，而消弧设备不完善，在大电弧电流作用下，电机绝缘损坏相间短路而跳闸。实际上由电机的修理也证实了这点，由于电机长时间大电流接地，电机铁芯大面积烧伤。经铁芯铁耗试验，局部温升严重超标，必须进行更换铁芯处理，增加了修理难度、时间和修复费用。因此，为避免电机绕组接地故障对定子铁芯的损伤，必须采取相应措施。对于中性点不接地的10（6）kV配电系统，安装消弧线圈以补偿接地电容电流，减小接地点电流的危害。考虑到消弧线圈有可能退出运行，因此不考虑消弧线圈的作用，只要接地电容电流＞10A，电机的单相接地保护必须作用于跳闸，当电机绕组接地时，继电保护动作，切断电机主回路，可靠保护电机。

4.结束语

正确配置和设定继电保护是电气管理的重要任务，特别是接地保护由于设计、安装及定值整定不规范很容易误动。有些企业为少影响生产，不考虑所处电网实际状况，不按要求配置接地保护或盲目将保护退出运行。这样一旦发生事故，反而使问题扩大化，给企业带来不应有的损失。因此，在工作中一定要弄清各种继电保护的基本原理和目的，严格执行有关规范和规程要求，这样才能充分发挥继电保护的作用，确保企业电力系统安全可靠运行。 W13.12-23