高壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)整定計(jì)算方法

1、高壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)整定計(jì)算方法的探討 摘要通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流產(chǎn)生原因和對(duì)保護(hù)的影響進(jìn)行分析，對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)的定值整定方法進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)定值計(jì)算 1概 述目前，在火電廠和其它工礦企業(yè)，開(kāi)始采用綜合保護(hù)裝置作為高壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。這種綜合保護(hù)裝置一般為微機(jī)型，其主要功能如下：a短路保護(hù)（即電流速斷保護(hù)）：由正序電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)；b斷相及反相保護(hù)：由負(fù)序電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)，為反時(shí)限特性；c接地保護(hù)：采用零序電流互感器獲取零序電流實(shí)現(xiàn)；d過(guò)熱保護(hù)：綜合計(jì)及電動(dòng)機(jī)的正序電流和負(fù)序電流的熱效應(yīng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)過(guò)載、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和堵轉(zhuǎn)提供保護(hù)。并有熱記憶功能，即過(guò)熱保護(hù)跳閘后，不會(huì)立即啟動(dòng)，需等到電

2、動(dòng)機(jī)散熱到允許啟動(dòng)時(shí)，才能再次啟動(dòng)；e電動(dòng)機(jī)保護(hù)的定值，采用啟動(dòng)過(guò)程中的定值與正常運(yùn)行時(shí)的定值獨(dú)立設(shè)置的方式，既可以保證啟動(dòng)時(shí)不誤動(dòng)，又能保證正常運(yùn)行時(shí)的保護(hù)靈敏度。 2綜合保護(hù)整定計(jì)算中必須考慮的特殊問(wèn)題由于綜合保護(hù)采用了負(fù)序電流來(lái)實(shí)現(xiàn)斷相等保護(hù)功能，同時(shí)，速斷保護(hù)是由正序電流實(shí)現(xiàn)的。因此，在保護(hù)的整定計(jì)算中必須考慮以下因素：外部不對(duì)稱故障產(chǎn)生的負(fù)序電流對(duì)保護(hù)的影響；母線電壓不平衡產(chǎn)生的負(fù)序電流對(duì)保護(hù)的影響；ct斷線的影響；不對(duì)稱短路故障對(duì)速斷保護(hù)靈敏度的影響。21電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流產(chǎn)生的原因211電網(wǎng)參數(shù)不對(duì)稱 電網(wǎng)參數(shù)不對(duì)稱包括正常運(yùn)行時(shí)的電源電壓不平衡和外部不對(duì)稱短路產(chǎn)生的不對(duì)稱電壓。這2

3、種情況下都會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流。 a正常運(yùn)行時(shí)不平衡電壓產(chǎn)生的負(fù)序電流設(shè)正常運(yùn)行時(shí)不平衡電壓所產(chǎn)生的負(fù)序電壓為u2，此時(shí)電動(dòng)機(jī)回路的負(fù)序電流為：式中：ist為電動(dòng)機(jī)額定電壓下的啟動(dòng)電流；z為負(fù)序阻抗；zsc為啟動(dòng)阻抗；un為電動(dòng)機(jī)的額定電壓。由式（1）可知，由于電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流ist可達(dá)額定電流的58倍，因此，只要有很小的負(fù)序電壓存在，也會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)序電流。例如，設(shè)u2005 un，由于ist58in，代入式（1）可得： i2（58）in（005unun）（02504）in即只要存在額定電壓5的負(fù)序電壓，將會(huì)在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生達(dá)2540額定電流的負(fù)序電流。 b外部不對(duì)稱短路產(chǎn)生的負(fù)序電流如果在電動(dòng)機(jī)所

4、屬高壓母線上或靠母線很近的其它設(shè)備上發(fā)生兩相短路，將在非故障的電動(dòng)機(jī)回路上產(chǎn)生很大的負(fù)序電流。設(shè)在電動(dòng)機(jī)所在高壓母線上發(fā)生bc相短路。忽略系統(tǒng)阻抗的影響，這時(shí)式中e1為系統(tǒng)電勢(shì)，可認(rèn)為e1un，且由于zzsc，因此非故障電動(dòng)機(jī)回路產(chǎn)生的負(fù)序電流為： 由此可見(jiàn)，在電動(dòng)機(jī)所在高壓母線上或附近發(fā)生兩相短路時(shí)，非故障的電動(dòng)機(jī)回路將產(chǎn)生達(dá)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流一半的負(fù)序電流，這在定值整定時(shí)是不容忽視的。212內(nèi)部參數(shù)不對(duì)稱造成電動(dòng)機(jī)內(nèi)部參數(shù)不對(duì)稱的原因主要有：定子線圈相間短路、定子線圈匝間短路、定子線圈斷線、轉(zhuǎn)子斷條等。以實(shí)際運(yùn)行中故障率較高的定子線圈一相斷線為例進(jìn)行分析。根據(jù)故障分析法，當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子線圈發(fā)生一

5、相斷線時(shí)，復(fù)合序阻抗圖如圖1所示。 由圖1可得電動(dòng)機(jī)定子線圈一相斷線時(shí)的負(fù)序電流為： 即負(fù)序電流為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的一半。 b正常運(yùn)行時(shí)一相斷線正常運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s一般約003005，正序等值阻抗即為電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷等值阻抗，而負(fù)序等值阻抗z仍可認(rèn)為與電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)阻抗相等。在正常運(yùn)行的情況下電動(dòng)機(jī)定子回路發(fā)生一相斷線的瞬間，由于慣性，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率基本保持不變，因此，仍可按正常運(yùn)行的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析。根據(jù)有關(guān)資料，正常運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)約為09（相當(dāng)于阻抗角為25）左右，而電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，功率因數(shù)只有0203（相當(dāng)于阻抗角7278）左右，即：由此可知，在正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生斷相，在不考慮轉(zhuǎn)

6、差率變化的情況下，所產(chǎn)生的負(fù)序電流約為電動(dòng)機(jī)額定電流的90左右，由于負(fù)序電流的存在，將產(chǎn)生負(fù)序轉(zhuǎn)矩，從而使合成轉(zhuǎn)矩減少，如果維持負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率增大，從而使負(fù)序電流進(jìn)一步增加，一般可達(dá)額定電流的110。22負(fù)序電流對(duì)保護(hù)的影響221ct二次回路一相斷線如果正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生ct二次回路一相斷線，這時(shí)，通入繼電器僅有一相電流，使得負(fù)序電流濾序器產(chǎn)生輸出量。例如，發(fā)生a相ct二次回路斷線，這時(shí)ia0，由此可見(jiàn)，正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生ct二次回路一相斷線，產(chǎn)生了相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)工作電流0577倍的負(fù)序電流，可能造成保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，在定值整定計(jì)算中必須考慮ct斷線的影響。222正常運(yùn)行時(shí)不平衡電壓

7、產(chǎn)生的負(fù)序電流從211的分析可知，只要出現(xiàn)很小的負(fù)序電壓，將在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生較大的負(fù)序電流。這時(shí)，只要電源的不平衡電壓在允許范圍內(nèi)，同時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)序電流與正序電流的迭加值不超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流，即電動(dòng)機(jī)的工作電流不超過(guò)額定值是允許的，不會(huì)給電動(dòng)機(jī)造成不利影響。因此，沒(méi)有必要由負(fù)序保護(hù)來(lái)切除。但是，如果負(fù)序保護(hù)的定值整定過(guò)低，將造成保護(hù)的誤動(dòng)作。223外部不對(duì)稱短路故障產(chǎn)生的負(fù)序電流在電動(dòng)機(jī)所在高壓母線上或靠母線很近的其它回路上（例如電動(dòng)機(jī)和廠用分支）發(fā)生兩相短路，將在非故障的電動(dòng)機(jī)回路上產(chǎn)生達(dá)啟動(dòng)電流一半的負(fù)序電流，在這種情況下，如果故障設(shè)備的瞬動(dòng)保護(hù)（如差動(dòng)、電流速斷）正確動(dòng)作，則一般不會(huì)造成

8、負(fù)序保護(hù)的誤動(dòng)。但是，如果瞬動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)，特別是當(dāng)故障發(fā)生在廠分支上，這時(shí)必須依靠后備保護(hù)來(lái)切除，如果定值整定不當(dāng)，負(fù)序電流保護(hù)將誤動(dòng)出口，這是不允許的。因?yàn)楫?dāng)故障支路切除后或備用電源自投后，要求非故障的電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)運(yùn)行。同樣，單純依靠提高負(fù)序電流保護(hù)的啟動(dòng)值，也是不允許的，因?yàn)閺?12的分析可知，在正常運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)生斷相時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)序電流只有額定電流的90至110左右，遠(yuǎn)小于外部?jī)上喽搪窌r(shí)在非故障電動(dòng)機(jī)中所產(chǎn)生的負(fù)序電流，因此，如果定值整定過(guò)高，在發(fā)生斷相時(shí)，負(fù)序電流保護(hù)根本無(wú)法動(dòng)作，失去了綜合保護(hù)裝置中負(fù)序電流保護(hù)單元應(yīng)有的功能。解決這一矛盾，只有通過(guò)時(shí)限來(lái)配合。 3主要保護(hù)單元的整定方法

9、31電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)仍按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的原則整定。但是，由于綜合保護(hù)的電流速斷是通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的正序電流實(shí)現(xiàn)的，故定值計(jì)算及靈敏系數(shù)的校驗(yàn)方法與常規(guī)保護(hù)不同。其方法如下：a啟動(dòng)值i1dz式中i1dz為正序電流保護(hù)整定值；kk為可靠系數(shù)，取13；ist為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流。 b動(dòng)作時(shí)間t1對(duì)于采用斷路器控制的電動(dòng)機(jī)，選擇瞬時(shí)動(dòng)作，即t10；對(duì)于fc控制的電動(dòng)機(jī)，由于短路故障由熔斷器切除，而非接觸器切除，應(yīng)整定帶一定的延時(shí)，一般取t103 s。 c靈敏度校驗(yàn)根據(jù)規(guī)程規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的電流速斷保護(hù)應(yīng)保證在最小運(yùn)行方式下，保護(hù)安裝處兩相短路時(shí)的靈敏系數(shù)大于2。由于本保護(hù)單元是通過(guò)測(cè)量正序電流實(shí)現(xiàn)的

10、，當(dāng)發(fā)生兩相短路時(shí)，所測(cè)得的正序電流為：已知同一地點(diǎn)兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系為： 因此，將式（7）代入式（6）得出兩相短路時(shí)流入繼電器的正序電流與三相短路電流的關(guān)系為：式中為最小運(yùn)行方式下，保護(hù)安裝處兩相短路時(shí)的正序電流；為最小運(yùn)行方式下，保護(hù)安裝處兩相短路電流；為最小運(yùn)行方式下，保護(hù)安裝處三相短路電流。因此，為保證電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，發(fā)生兩相短路時(shí)有足夠的靈敏度，靈敏度應(yīng)按下式進(jìn)行校驗(yàn)：32負(fù)序電流保護(hù)321啟動(dòng)值i2zd整定根據(jù)以上分析，負(fù)序電流保護(hù)的啟動(dòng)值整定原則是： a躲過(guò)ct二次回路斷線已知ct二次回路斷線時(shí)，相當(dāng)于在繼電器中產(chǎn)生了一個(gè)0577倍電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電流的負(fù)序電流，故啟動(dòng)

11、值應(yīng)為： i2zdkk0577in（10）b在正常運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)生斷相有足夠的靈敏度已知電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生斷相，將產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電流約90的負(fù)序電流，因此，為保證斷相時(shí)負(fù)序保護(hù)可靠動(dòng)作，負(fù)序電流保護(hù)啟動(dòng)值應(yīng)為： i2zd09inklm（11）綜合式（10）和（11），負(fù)序電流啟動(dòng)值的整定范圍為：0577kkini2zd09inklm（12）式中：i2zd為負(fù)序電流保護(hù)整定值；in為電動(dòng)機(jī)額定電流；kk為可靠系數(shù)，取115；klm為靈敏系數(shù)，取11。 通常負(fù)序電流保護(hù)整定為08 in即可。 c動(dòng)作時(shí)間2負(fù)序電流保護(hù)的反時(shí)限特性如下：式中：i2eq為流入繼電器的負(fù)序電流與負(fù)序電流啟動(dòng)值之比，即：

12、i2eqi2i2zd；2為流入繼電器的負(fù)序電流i2為整定值i2zd時(shí)的動(dòng)作時(shí)間。由于負(fù)序電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間t必須躲過(guò)外部?jī)上喽搪窌r(shí)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，設(shè)所在母線后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為t，由式（2）和式（13），2可整定為：2ist（tt）（2i2zd）（14）式中t為時(shí)間級(jí)差，取05 s。應(yīng)注意的是，有一些型號(hào)的綜合保護(hù)裝置的負(fù)序電流保護(hù)單元的反時(shí)限特性已由廠家固定，不能隨意整定。對(duì)于此類保護(hù)裝置應(yīng)根據(jù)廠家提供的反時(shí)限特性曲線進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)不能滿足選擇性要求時(shí)，按以下原則進(jìn)行處理：對(duì)于不要求自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)（如磨煤電動(dòng)機(jī)），由于在后備保護(hù)動(dòng)作出口前已由母線低電壓保護(hù)動(dòng)作（動(dòng)作時(shí)間為05 s）跳閘，因此可按t05 s重新進(jìn)行校驗(yàn)；對(duì)于要求自啟動(dòng)的 電動(dòng)機(jī)及按