磁平衡差动保护在6～?10kV大型防爆电机上的应用

周毅

摘 要：磁平衡差动保护可将电流互感器内置于电动机本体防爆接线盒中，成本低，保护灵敏，在大型防爆电机中应用越来越广泛。本文讨论了磁平衡差动保护在大型防爆电机上的应用。

关键词：磁平衡差动；防爆电机；电流互感器

0 引言

石油化工企业中大量使用6～10kV大功率防爆同、异步电动机。当电机功率≥2000kW或<2000kW速断保护无法满足灵敏度要求时，应设置纵联差动保护。传统纵联差动保护因需要将电机中性点引出并设置中性点互感器接线盒（箱），在石油化工装置爆炸危险场所中不易设置，设置于其他非防爆场所需要增加引接的一次电缆，增加了电缆投资。磁平衡差动保护可将电流互感器内置于电动机本体防爆接线盒中，便于电机制造厂商成套供货，在大型防爆电机中应用越来越广泛。

1 原理及接线

磁平衡差动，又称自平衡差动，是利用磁通平衡原理，将电机定子绕组首端U1、V1、W1及绕组末端U2、V2、W2连接导线共同穿过电流互感器TA1～TA3，正常运行时进首末端电流产生的磁通相互抵消，互感器二次侧理论输出值为0。当电机内部出线相间短路或对地故障短路时，磁平衡关系打破，互感器二次侧有电流输出至相应保护继电器输出保护动作命令，具体见图1。

2 保护整定计算及灵敏度校验

《工业与民用配电设计手册》第3版中关于电动机纵联差动保护整定计算适于普通纵联差动保护，并不适用于磁平衡差动保护。根据磁平衡差动保护的接线，正常运行时磁平衡电流互感器中不平衡电流为电机各相等效对地电容电流，即Ibp=IcM（Ibp-不平衡电流，ICm-电机电容电流）。

电动机内部故障可分为单相接地短路（电机某相碰壳）、相间短路及匝间短路。假如电机内部发生单相接地短路，此时磁平衡电流互感器不平衡电流为系统电容电流。电机内部发生相间短路，短路电流值大，不平衡电流为相间短路电流，其远比单相接地不平衡电流大。匝间短路无论何种纵差保护均无法实现保护功能。电机外部发生单相接地故障时，通过电机磁平衡电流互感器的不平衡电流为电机提供对地电容电流。电机外部发生两相短路时，不平衡电流为电机非故障相提供对地电容电流（较外部单相接地要小）。在电机外部发生三相短路时，不平衡电流与电机正常运行情况分析相同，电流值变小甚至为零。

综上分析，磁平衡差动保护整定应满足2个条件：（1）躲过磁平衡差动最大不衡电流。（2）躲过电机外部单相故障时不平衡电流。故Iopk=Krel*IC∑/n（Iopk-继电器整定值，Krel-可靠系数，取1.5，IC∑-6～10kV供电系统单相接地电容电流值，n-磁平衡互感器变比）。其灵敏度Ksen=IC∑/Krel·IcM，根据单相接地灵敏度≥1.25的要求，只要系统电容电流值大于电机电容电流值2倍以上，即可满足要求，6～10kV系统单相接地电容一般在几安至几十安不等，单个电机电容电流一般不会超过1A，显灵敏度很容易满足要求。

3 小结

磁平衡差动保护具有投资省，灵敏度高等特点，目前已大量应用在大型防爆电动机上。但在具体使用中仍需注意一些事项。首先，目前针对磁平衡差动保护的专用微机保护较少，目前均利用传统的微机差动保护继电器作磁平衡差动的出口动作元件，在保护设置方面应注意相关的具体设置。其次，在保护整定大型防爆电动机距变配电所距离一般都较远，互感器二次侧引至保护的电缆较长的情况下，应对磁平衡互感器容量进行校验。建议采用二次变比为1A的互感器，容量不小于15VA。再次，磁平衡差动保护保护范围仅为电机本体，不像传统的纵差保护包含了电机供电一次电缆，电缆需要设置相应的保护措施。

参考文献

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[2]翁国兵，姚飞，张少坤.5800kW氮气压缩电动机的起动和继电保护选择[J].科技传播，2010，（14）：92.

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（作者单位：四川天一科技股份有限公司）