高压电动机综合保护整定计算方法的探讨

高压电动机综合保护整定计算方法的探讨曹岳红湖南岳阳巴陵石化公司（湖南岳阳414000）

摘要通过对电动机负序电流产生原因和对保护的影响进行分析，对高压电动机综合保护的定值整定方法进行了探讨。

关键词电动机继电保护定值计算

1概述

目前，在火电厂和其它工矿企业，开始采用综合保护装置作为高压电动机的保护。这种综合保护装置一般为微机型，其主要功能如下：

a．短路保护（即电流速断保护）：由正序电流保护实现；

b．断相及反相保护：由负序电流保护实现，为反时限特性；

c．接地保护：采用零序电流互感器获取零序电流实现；

d．过热保护：综合计及电动机的正序电流和负序电流的热效应，对电动机过载、启动时间过长和堵转提供保护。并有热记忆功能，即过热保护跳闸后，不会立即启动，需等到电动机散热到允许启动时，才能再次启动；

e．电动机保护的定值，采用启动过程中的定值与正常运行时的定值独立设置的方式，既可以保证启动时不误动，又能保证正常运行时的保护灵敏度。

2综合保护整定计算中必须考虑的特殊问题

由于综合保护采用了负序电流来实现断相等保护功能，同时，速断保护是由正序电流实现的。因此，在保护的整定计算中必须考虑以下因素：外部不对称故障产生的负序电流对保护的影响；母线电压不平衡产生的负序电流对保护的影响；CT断线的影响；不对称短路故障对速断保护灵敏度的影响。

2．1电动机负序电流产生的原因

2．1．1电网参数不对称

电网参数不对称包括正常运行时的电源电压不平衡和外部不对称短路产生的不对称电压。这2种情况下都会产生负序电流。

a．正常运行时不平衡电压产生的负序电流

设正常运行时不平衡电压所产生的负序电压为U2，此时电动机回路的负序电流为：

式中：Ist为电动机额定电压下的启动电流；Z－为负序阻抗；ZSC为启动阻抗；UN为电动机的额定电压。

由式（1）可知，由于电动机的启动电流Ist可达额定电流的5～8倍，因此，只要有很小的负序电压存在，也会产生较大的负序电流。

例如，设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

即只要存在额定电压5％的负序电压，将会在电动机中产生达25％～40％额定电流的负序电流。

b．外部不对称短路产生的负序电流

如果在电动机所属高压母线上或靠母线很近的其它设备上发生两相短路，将在非故障的电动机回路上产生很大的负序电流。

设在电动机所在高压母线上发生BC相短路。忽略系统阻抗的影响，这时

式中E1为系统电势，可认为E1＝UN，且由于Z－＝ZSC，因此非故障电动机回路产生的负序电流为：

由此可见，在电动机所在高压母线上或附近发生两相短路时，非故障的电动机回路将产生达电动机启动电流一半的负序电流，这在定值整定时是不容忽视的。

2．1．2内部参数不对称

造成电动机内部参数不对称的原因主要有：定子线圈相间短路、定子线圈匝间短路、定子线圈断线、转子断条等。以实际运行中故障率较高的定子线圈一相断线为例进行分析。

根据故障分析法，当电动机定子线圈发生一相断线时，复合序阻抗图如图1所示。

由图1可得电动机定子线圈一相断线时的负序电流为：

即负序电流为电动机启动电流的一半。

b．正常运行时一相断线荷电流的负序电流，故启动值应为：

I2．ZD≥KK×0．577IN（10）

b．在正常运行时电动机发生断相有足够的灵敏度

已知电动机正常运行时发生断相，将产生电动机负荷电流约90％的负序电流，因此，为保证断相时负序保护可靠动作，负序电流保护启动值应为：

I2．ZD≤0．9IN／KLM（11）

综合式（10）和（11），负序电流启动值的整定范围为：

0．577KKIN≤I2．ZD≤0．9IN／KLM（12）

式中：I2．ZD为负序电流保护整定值；IN为电动机额定电流；KK为可靠系数，取1．15；KLM为灵敏系数，取1．1。

通常负序电流保护整定为0．8IN即可。

c．动作时间τ2

负序电流保护的反时限特性如下：

式中：I2．eq为流入继电器的负序电流与负序电流启动值之比，即：I2．eq＝I2／I2．ZD；τ2为流入继电器的负序电流I2为整定值I2．ZD时的动作时间。

由于负序电流保护的动作时间t必须躲过外部两相短路时后备保护的动作时间，设所在母线后备保护的动作时间为t′，由式（2）和式（13），τ2可整定为：

τ2＝Ist（t′＋Δt）／（2I2．ZD）（14）

式中Δt为时间级差，取0．5S。

应注意的是，有一些型号的综合保护装置的负序电流保护单元的反时限特性已由厂家固定，不能随意整定。对于此类保护装置应根据厂家提供的反时限特性曲线进行校验，当不能满足选择性要求时，按以下原则进行处理：对于不要求自启动的电动机（如磨煤电动机），由于在后备保护动作出口前已由母线低电压保护动作（动作时间为0．5S）跳闸，因此可按t′＝0．5S重新进行校验；对于要求自启动的电动机及按t′＝0．5S重新校验仍不满足选择性要求的电动机，则宜将负序保护单元退出。

4结语

微机型电动机综合保护装置已越来越得到普遍应用，其定值整定是否合理，直接影响到