由一起差動保護誤動作談自平衡差動保護的應用

李靖 李成濤

【摘 要】自平衡差動保護是近年來提出的一種新型差動保護，具有高可靠性、高靈敏度且設備投資較少等優點，尤其適用于石化企業的危險防爆場所。本文將對一臺2300kW高壓大功率電動機檢修后差動保護頻繁誤動作故障案例，詳細分析了故障原因及處理方法，并探討了自平衡差動保護的應用優勢。

【關 鍵 詞】高壓電動機；自平衡差動保護；防爆場所；誤動作

【中圖分類號】TV772【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0217-01

0 引言

2012年7月，中國石油遼陽石化分公司煉油廠一臺功率為2300kW的高壓防爆電動機經過檢修返回現場，在調試運行過程中，由于差動保護頻繁動作，導致電動機無法繼續運行，急需清除故障以恢復電動機的正常運行性能。

1 故障查找

電氣工程車間試驗班趕到現場，了解情況后得知該臺電動機剛剛經過檢修，于是打開電動機端子蓋，未見任何短路或其他異常；查看動力電纜，也未見任何絕緣損壞引起相間短路或相對地接地現象發生，其調試運行過程中在差動保護整定區域并未發生任何故障，相反差動保護卻頻繁動作并發出故障報警信號，于是初步診斷發電機保護裝置存在誤動作問題，即須找出電動機差動保護誤動作的原因，并采取有效措施予以解決，則電動機差動保護頻繁動作即可解除，才能確保設備安全、穩定的運行。

為了找出電動機差動保護誤動作的原因，需要對差動保護原理接線圖進行認真分析。電動機差動保護原理接線如圖1所示。從圖1可知，電動機縱差保護是由安裝在供電電源斷路器下端的一組電流互感器與電動機定子繞組中性點（此電動機為星形接法，動力電纜通過繞組首端、電流互感器，匯攏到中性點，位于電動機端子蓋內）的一組電流互感器，當這兩組電流互感器產生的不平衡電流超過保護整定值時，啟動差動保護。若在正常工作或保護區域外部故障時，流進這兩組電流互感器的電流相等，產生的差流（不平衡電流）為零，保護不啟動。保護裝置誤動作大致可能原因有如下：（1）電流互感器極性及二次接線存在接線錯誤。保護應是兩組電流互感器的差流，如果極性或二次接線接反，就是兩個電流之和。（2）差動繼電器本體存在故障，可能導致誤動作。（3）保護整定值設置不當。如果保護整定值有人誤動過，設置偏小可能導致誤動作。（4）電動機運行環境中的其他干擾因素，引起不平衡電流增大，導致差動保護裝置頻繁動作。

圍繞電動機可能出現誤動作的上述4個原因，經逐一排查發現該大功率電動機差動保護頻繁誤動作的原因是：保護用電流互感器接線錯誤引起不平衡電流增大，導致保護裝置誤動作，且該電動機采用另外一種新型差動保護——自平衡差動保護[1]。

2 故障原因分析及處理

2.1 故障原因分析

自平衡差動保護電路僅由一組電流互感器實現，電源進線穿入電流互感器，經過電動機定子繞組再折回來，回穿過電流互感器，匯集到中性點，其保護接線原理如圖2所示[2]。從圖2可知，正常情況下，流進和流出電流互感器電流的相量和為零，磁通平衡，在二次側不會感應產生電流，保護裝置不動作。但由于該2300kW大功率高壓電動機經過檢修，其動力電纜與端子間接線在拆卸檢修后，組裝恢復接線過程中出現接線錯誤，導致只有電源進線穿入電流互感器，定子繞組末端至中性點連線沒有回穿過電流互感器，因此在貫穿式電流互感器中的磁通不平衡，感應出不平衡電流。這樣即便電動機在正常無故障運行工況下也會存在不平衡電流，一旦不平衡電流值達到差動保護的啟動值時，差動保護裝置就會出現誤動作問題。

2.2 故障處理

在排除該2300kW電動機存在其它故障后，于是對電動機存在的接線錯誤進行更正調校。重新接引動力電纜，更正接線，即：將電源進線與繞組中性點折回線都穿過電流互感器后，檢查校驗電流互感器極性、二次接線，準確無誤，校驗差動保護整定值，進行模擬傳動試驗，保護裝置能夠正確動作。在故障排除后，重新將電動機并入供配電網進行試運行，電動機通電試運轉成功，保護裝置頻繁動作故障消失，運行各項技術指標正常，于是判斷電動機存在的故障得到有效解決。

3 結束語

在這次故障處理過程中，除了快速準確排除故障，恢復電動機的正常運行外，還發現該電動機所采用的新型自平衡差動保護與常規差動保護相比存在諸多優勢，具體表現在以下多個方面：

（1）節省設備投資。大多數情況下，電動機控制保護屏柜距離現場電動機較遠，由此兩組電流互感器之間的二次聯線較長，而新型自平衡差動保護其接線簡單，減少一組電流互感器和大量二次接線，可以節約大量控制線耗用，給安裝和維護帶來極大便利。

（2）動作靈敏度更高。少一組電流互感器，解決了原來兩組電流互感器（即使是同一廠家，同批產品也存在差異，所以幾乎不能避免差異。）特性參數不一致、不匹配等產生誤差的問題，整定值按躲過同一系統中其他線路發生單相接地時流過自平衡電流互感器的電容電流來整定，靈敏度更高，保護更可靠。

（3）提高了防爆性能。一組電流互感器巧妙地安裝在電動機端子箱內，結構緊湊，滿足了更高的防爆要求，更適合于增安型防爆電動機，在石化企業危險場所使用效果較好。

建議推廣應用這種新型差動保護，尤其對于一些重要大型高壓電動機的差動保護，要優先選用或者改造后采用自平衡差動保護，這樣可以大大提高差動保護動作的可靠性和靈敏度。

參考文獻

[1] 吳小峰，田玉英，蔡翠佳.淺談自平衡差動保護在高壓電機中的應用--以大慶石化公司水氣廠為例[J]，科技促進發展，2012，（08）：73-74

[2] 梁永勝.自平衡差動保護在我廠增安型高壓電機上的應用[J]，電工技術，2007，（06）：21-22