10kV电动机继电保护二次接线的改进分析

10kV电动机继电保护二次接线的改进分析

吕文杰姚晓阳

（国家电投河南电力有限公司平顶山发电分公司467000）

摘要：10kV重要辅机在机组正常运行中发挥着巨大的作用，肩负着机组安全运行的重任，而10kV电动机的继电保护及二次接线的重要性也愈发凸显，因为它直接关系到电动机的综合自动化水平，而最近在运行期间，因电动机继电保护误动的原因导致机组重要辅机跳闸，影响机组出力，本文就给水泵的差动保护二次接线改造，说明10kV电动机继电保护二次接线在运行中的重要作用。

关键词：电动机差动保护误动

一、差动保护的配置及动作原理

纵联差动速断保护实质上为反映电动机两侧电流差而快速动作的保护，用以保证在电动机内部发生严重故障或电动机外部两侧电流互感器间短路时而快速动作于跳闸。

电动机差动电流Id=电动机端电流-电动机中性线电流

电动机制动电流Ir=(电动机端电流-电动机中性线电流)/2

当电动机差动电流Id＞整定动作电流Iset，差动保护动作，切除电动机。

二、差动保护误动的原因分析

事例一：10kV给水泵电机在运行中跳闸，经检查综保装置，动作报告显示比率差动动作，Ida=0.00AIdc=0.02AIdb=1.97A（电动机差动动作的电流），电机差动定值为：1.42A。而Idb=1.97A大于差动定值1.42A，综保装置正确、可靠动作,电机跳闸。测量电机、电缆绝缘1000兆欧以上，合格。

经二次接线检查是电机进线电源侧B相电流互感器二次出线（b311）绝缘破坏通过电机壳体接地；主要原因是二次穿线管与电机连接处振动摩擦，导致二次出线（b311）绝缘磨损造成接地。

技术改进：此次事件发生后，专业将本厂所有给水泵的两端电流互感器二次接线进行了技改，具体改进方法：在给水泵电流互感器二次接线套管处加装支架，确保套管不会剧烈振动；在给水泵二次接线本体处，对电流互感器进线实行二次绝缘线包装加固，并将二次绝缘线用塑料支架紧固，防止给水泵电流互感器二次接线因穿线管松动，伴随给水泵运行振动加剧而磨损，导致绝缘破碎，差动电流瞬间增大，给水泵误跳闸。

关于实际二次接线分析总结：运行中，任何一个装置性故障都可能导致保护误动，对运行中的设备在设计及日常维护中，要将消除此因素作为今后工作的一个重点方向。

事例二：厂用电率一直是电厂的一个重要指标，日常运行中如何降低综合厂用电率一直是电厂亟待攻克的难题，在日常所有手段用尽的前提下，对设备进行技术改造，实现节能减排问题摆在了我们面前，对给水泵进行高压变频技术改造，将其调节从机械节流改为变频调速，无疑将使得给水泵的利用率达到最大，也避免了因给水泵的勺管特性曲线，给水泵运行中勺管频繁卡涩等现象导致给水泵出力受限，导致机组有负荷而发不出的尴尬现象。但是随之而来的问题也出现了，那就是原给水泵差动保护接线如何和电机变频相配合，变频电机是节省了很大一部分厂用电，但是因重要厂用辅机故障导致机组MFT现象如频发，那么因此造成的经济损失将直接否定变频改造的价值，目前高压变频器对继电保护的要求技术条件尚不能完全满足，那么如何最大限度地使电机变频和电机主保护相互配合就显得尤为重要。

变频器改造后，由于新增了变频装置，差动保护的范围就从以前的电动机两侧Y-△变为变频器加电动机的尾端电流互感器，如仍按此思路来配置差动保护，那么该想法可能导致的最直接后果就是在给水泵变频正常运行中，因变频器本身存在的差流问题，可能使保护误动，因此应该将变频器排除在差动保护的范围之外，但是即使是这样，流过电动机首端电流互感器的电流将根据现场运行工况的变化随变频不断变化，保护需要实时监测当前的频率，计算周波采样点，这种想法理论上可行，但是实际运行中受到计算机运算速度和精度的要求，往往不易实现，基于以上原因，目前国内的高频电动机无论容量大小，均以电流速断保护为主，但这对于原本需要配置差动保护的电机（如给水泵、引风机）来说，灵敏度是不够的，我们需要采用宽幅频率保护方案，采样值差动保护就在这样的情形下产生了，它利用电流采样的瞬时值来实现基于相量的常规差动保护动作判据，它与频率变化无关，因此可作为变频电动机的主保护。

分析总结：当主要电动机增加变频装置后，很多相关保护配置、包括二次接线也要做相应调整。

事例三：

给水泵近来在运行期间，当电动机启动时，差动保护频繁动作，检查过电动机一次接线无异常，二次接线无异常，校验过差动继电器也正常。在电动机开关柜内的差动保护二次电流回路的端子处接入便携式波形记录仪，在电动机启动时录得波形后发现，开关A、B相的电流比较正常，波形接近正弦波，但是中性线A、B相电流波形发生了明显的变化，变得毫无规则，波形完全走样，认真分析得出结论差动保护误动原因系流过中性点的相电流波形畸变，经对中性点电流互感器做全面检查和试验后，确认中性点电流互感器完好，功能正常。笔者经仔细分析，认为主要是以下几个方面原因引起的：

一是笔者通过对电动机启动过程中不同二次回路阻抗下差动保护的动作效果对比发现继电保护二次回路阻抗值的大小和差动保护的灵敏程度有直接关系，正常运行中，电流互感器的一次侧和二次侧之间的转换效率无法达到100%，因为有一部分用作铁芯产生的磁通的励磁电流，这部分励磁电流就是误差的来源，尽管电机正常运行中，这部分电流很小，小到可以忽略不计，但是当电流互感器的铁芯中的磁通密度达到一定数值时，将出现磁饱和现象，此时磁通密度再增加时，要求励磁电流增加，将直接造成一二次电流不成比例关系，从而出现一些异常波形，在电机合闸瞬间或事故发生时，会有一个短时的暂态过程，使得电动机电流互感器处于过饱和状态，而差动保护误动正式在这个时间发生，笔者认为电动机所配置的TA容量不大，而高压开关柜一般情况下离高压电机距离较远，电机频繁启停，启励电流存在使电流互感器剩磁逐步累积，使电流互感器过饱和，造成互感器在高剩磁时总负荷能力相应下降，在一次电流低于正常饱和值时即过早饱和，引起二次电流产生畸变是造成差动保护频繁误动的主要原因。

二是电流互感器一次侧换相后，未对二次侧电流相量关系进行分析，则在保护区外短路故障时，将可能引起变压器差动保护误动作，可见，当一次侧相序变化时，要对电流互感器二次侧电流相量关系进行分析，根据分析结果，对二次回路做相应变动，有时将不仅仅是二次相序的对应调换，这一点应引起注意，总之，应认真分析，防止一次换相后导致差动保护误动。

三是继电保护更新换代速度过快，部分旧版本的差动保护装置抗不平衡电流能力差

当10kV电机启动时，容易引起两侧电流不平衡，旧版本的差动继电器躲不平衡电流能力比较差，只能通过调节差动动作定值和比率制动系数来调节保护装置的动作特性所以导致经常误动。

采取措施：

一是采用大容量的电流互感器和大电机容量相匹配，同时并联两条电缆，减少回路中的阻抗。

二是在电流互感器一次侧极性、相序、相位发生变动时，一定要注意二次接线上做好相应调整，同时做好相关保护传动试验。

三是定期升级更新新的保护版本，防止因电机保护配置过老而发生误动。

三、结束语

10kV电动机因其重要性，配置保护相对全面，但在二次接线和相关配置方面仍需要引起我们的重视：一是外部配置不合理，因施工工艺、现场条件等导致保护误动；二是新技术变更后，继电保护技术未跟进，导致保护不匹配或保护信息无法准确采集，保护误动；三是因设备自身硬件原因，如电缆、互感器等设计不合理，卡件未及时更新、一次侧变更二次侧未做相应调整等原因导致保护误动。