高壓電動機綜合保護整定計算方法的探討曹岳紅湖南岳陽巴陵石化公司（湖南岳陽414000）

摘要通過對電動機負序電流產生原因和對保護的影響進行分析，對高壓電動機綜合保護的定值整定方法進行了探討。

關鍵詞電動機繼電保護定值計算

1概述

目前，在火電廠和其它工礦企業，開始采用綜合保護裝置作為高壓電動機的保護。這種綜合保護裝置一般為微機型，其主要功能如下：

a．短路保護（即電流速斷保護）：由正序電流保護實現；

b．斷相及反相保護：由負序電流保護實現，為反時限特性；

c．接地保護：采用零序電流互感器獲取零序電流實現；

d．過熱保護：綜合計及電動機的正序電流和負序電流的熱效應，對電動機過載、啟動時間過長和堵轉提供保護。并有熱記憶功能，即過熱保護跳閘后，不會立即啟動，需等到電動機散熱到允許啟動時，才能再次啟動；

e．電動機保護的定值，采用啟動過程中的定值與正常運行時的定值獨立設置的方式，既可以保證啟動時不誤動，又能保證正常運行時的保護靈敏度。

2綜合保護整定計算中必須考慮的特殊問題

由于綜合保護采用了負序電流來實現斷相等保護功能，同時，速斷保護是由正序電流實現的。因此，在保護的整定計算中必須考慮以下因素：外部不對稱故障產生的負序電流對保護的影響；母線電壓不平衡產生的負序電流對保護的影響；CT斷線的影響；不對稱短路故障對速斷保護靈敏度的影響。

2．1電動機負序電流產生的原因

2．1．1電網參數不對稱

電網參數不對稱包括正常運行時的電源電壓不平衡和外部不對稱短路產生的不對稱電壓。這2種情況下都會產生負序電流。

a．正常運行時不平衡電壓產生的負序電流

設正常運行時不平衡電壓所產生的負序電壓為U2，此時電動機回路的負序電流為：

式中：Ist為電動機額定電壓下的啟動電流；Z－為負序阻抗；ZSC為啟動阻抗；UN為電動機的額定電壓。

由式（1）可知，由于電動機的啟動電流Ist可達額定電流的5～8倍，因此，只要有很小的負序電壓存在，也會產生較大的負序電流。

例如，設U2＝0．05UN，由于Ist＝5～8IN，代入式（1）可得：

I2＝（5～8）IN（0．05UN／UN）＝（0．25～0．4）IN

即只要存在額定電壓5％的負序電壓，將會在電動機中產生達25％～40％額定電流的負序電流。

b．外部不對稱短路產生的負序電流

如果在電動機所屬高壓母線上或靠母線很近的其它設備上發生兩相短路，將在非故障的電動機回路上產生很大的負序電流。

設在電動機所在高壓母線上發生BC相短路。忽略系統阻抗的影響，這時

式中E1為系統電勢，可認為E1＝UN，且由于Z－＝ZSC，因此非故障電動機回路產生的負序電流為：

由此可見，在電動機所在高壓母線上或附近發生兩相短路時，非故障的電動機回路將產生達電動機啟動電流一半的負序電流，這在定值整定時是不容忽視的。

2．1．2內部參數不對稱

造成電動機內部參數不對稱的原因主要有：定子線圈相間短路、定子線圈匝間短路、定子線圈斷線、轉子斷條等。以實際運行中故障率較高的定子線圈一相斷線為例進行分析。

根據故障分析法，當電動機定子線圈發生一相斷線時，復合序阻抗圖如圖1所示。

由圖1可得電動機定子線圈一相斷線時的負序電流為：

即負序電流為電動機啟動電流的一半。

b．正常運行時一相斷線荷電流的負序電流，故啟動值應為：

I2．ZD≥KK×0．577IN（10）

b．在正常運行時電動機發生斷相有足夠的靈敏度

已知電動機正常運行時發生斷相，將產生電動機負荷電流約90％的負序電流，因此，為保證斷相時負序保護可靠動作，負序電流保護啟動值應為：

I2．ZD≤0．9IN／KLM（11）

綜合式（10）和（11），負序電流啟動值的整定范圍為：

0．577KKIN≤I2．ZD≤0．9IN／KLM（12）

式中：I2．ZD為負序電流保護整定值；IN為電動機額定電流；KK為可靠系數，取1．15；KLM為靈敏系數，取1．1。

通常負序電流保護整定為0．8IN即可。

c．動作時間τ2

負序電流保護的反時限特性如下：

式中：I2．eq為流入繼電器的負序電流與負序電流啟動值之比，即：I2．eq＝I2／I2．ZD；τ2為流入繼電器的負序電流I2為整定值I2．ZD時的動作時間。

由于負序電流保護的動作時間t必須躲過外部兩相短路時后備保護的動作時間，設所在母線后備保護的動作時間為t′，由式（2）和式（13），τ2可整定為：

τ2＝Ist（t′＋Δt）／（2I2．ZD）（14）

式中Δt為時間級差，取0．5S。

應注意的是，有一些型號的綜合保護裝置的負序電流保護單元的反時限特性已由廠家固定，不能隨意整定。對于此類保護裝置應根據廠家提供的反時限特性曲線進行校驗，當不能滿足選擇性要求時，按以下原則進行處理：對于不要求自啟動的電動機（如磨煤電動機），由于在后備保護動作出口前已由母線低電壓保護動作（動作時間為0．5S）跳閘，因此可按t′＝0．5S重新進行校驗；對于要求自啟動的電動機及按t′＝0．5S重新校驗仍不滿足選擇性要求的電動機，則宜將負序保護單元退出。

4結語

微機型電動機綜合保護裝置已越來越得到普遍應用，其定值整定是否合理，直接影響到