磁平衡差動(dòng)保護(hù)在6～?10kV大型防爆電機(jī)上的應(yīng)用

周毅

摘 要：磁平衡差動(dòng)保護(hù)可將電流互感器內(nèi)置于電動(dòng)機(jī)本體防爆接線盒中，成本低，保護(hù)靈敏，在大型防爆電機(jī)中應(yīng)用越來越廣泛。本文討論了磁平衡差動(dòng)保護(hù)在大型防爆電機(jī)上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：磁平衡差動(dòng)；防爆電機(jī)；電流互感器

0 引言

石油化工企業(yè)中大量使用6～10kV大功率防爆同、異步電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電機(jī)功率≥2000kW或<2000kW速斷保護(hù)無法滿足靈敏度要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。傳統(tǒng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)因需要將電機(jī)中性點(diǎn)引出并設(shè)置中性點(diǎn)互感器接線盒（箱），在石油化工裝置爆炸危險(xiǎn)場所中不易設(shè)置，設(shè)置于其他非防爆場所需要增加引接的一次電纜，增加了電纜投資。磁平衡差動(dòng)保護(hù)可將電流互感器內(nèi)置于電動(dòng)機(jī)本體防爆接線盒中，便于電機(jī)制造廠商成套供貨，在大型防爆電機(jī)中應(yīng)用越來越廣泛。

1 原理及接線

磁平衡差動(dòng)，又稱自平衡差動(dòng)，是利用磁通平衡原理，將電機(jī)定子繞組首端U1、V1、W1及繞組末端U2、V2、W2連接導(dǎo)線共同穿過電流互感器TA1～TA3，正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)首末端電流產(chǎn)生的磁通相互抵消，互感器二次側(cè)理論輸出值為0。當(dāng)電機(jī)內(nèi)部出線相間短路或?qū)Φ毓收隙搪窌r(shí)，磁平衡關(guān)系打破，互感器二次側(cè)有電流輸出至相應(yīng)保護(hù)繼電器輸出保護(hù)動(dòng)作命令，具體見圖1。

2 保護(hù)整定計(jì)算及靈敏度校驗(yàn)

《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》第3版中關(guān)于電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算適于普通縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，并不適用于磁平衡差動(dòng)保護(hù)。根據(jù)磁平衡差動(dòng)保護(hù)的接線，正常運(yùn)行時(shí)磁平衡電流互感器中不平衡電流為電機(jī)各相等效對地電容電流，即Ibp=IcM（Ibp-不平衡電流，ICm-電機(jī)電容電流）。

電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障可分為單相接地短路（電機(jī)某相碰殼）、相間短路及匝間短路。假如電機(jī)內(nèi)部發(fā)生單相接地短路，此時(shí)磁平衡電流互感器不平衡電流為系統(tǒng)電容電流。電機(jī)內(nèi)部發(fā)生相間短路，短路電流值大，不平衡電流為相間短路電流，其遠(yuǎn)比單相接地不平衡電流大。匝間短路無論何種縱差保護(hù)均無法實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。電機(jī)外部發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過電機(jī)磁平衡電流互感器的不平衡電流為電機(jī)提供對地電容電流。電機(jī)外部發(fā)生兩相短路時(shí)，不平衡電流為電機(jī)非故障相提供對地電容電流（較外部單相接地要小）。在電機(jī)外部發(fā)生三相短路時(shí)，不平衡電流與電機(jī)正常運(yùn)行情況分析相同，電流值變小甚至為零。

綜上分析，磁平衡差動(dòng)保護(hù)整定應(yīng)滿足2個(gè)條件：（1）躲過磁平衡差動(dòng)最大不衡電流。（2）躲過電機(jī)外部單相故障時(shí)不平衡電流。故Iopk=Krel*IC∑/n（Iopk-繼電器整定值，Krel-可靠系數(shù)，取1.5，IC∑-6～10kV供電系統(tǒng)單相接地電容電流值，n-磁平衡互感器變比）。其靈敏度Ksen=IC∑/Krel·IcM，根據(jù)單相接地靈敏度≥1.25的要求，只要系統(tǒng)電容電流值大于電機(jī)電容電流值2倍以上，即可滿足要求，6～10kV系統(tǒng)單相接地電容一般在幾安至幾十安不等，單個(gè)電機(jī)電容電流一般不會(huì)超過1A，顯靈敏度很容易滿足要求。

3 小結(jié)

磁平衡差動(dòng)保護(hù)具有投資省，靈敏度高等特點(diǎn)，目前已大量應(yīng)用在大型防爆電動(dòng)機(jī)上。但在具體使用中仍需注意一些事項(xiàng)。首先，目前針對磁平衡差動(dòng)保護(hù)的專用微機(jī)保護(hù)較少，目前均利用傳統(tǒng)的微機(jī)差動(dòng)保護(hù)繼電器作磁平衡差動(dòng)的出口動(dòng)作元件，在保護(hù)設(shè)置方面應(yīng)注意相關(guān)的具體設(shè)置。其次，在保護(hù)整定大型防爆電動(dòng)機(jī)距變配電所距離一般都較遠(yuǎn)，互感器二次側(cè)引至保護(hù)的電纜較長的情況下，應(yīng)對磁平衡互感器容量進(jìn)行校驗(yàn)。建議采用二次變比為1A的互感器，容量不小于15VA。再次，磁平衡差動(dòng)保護(hù)保護(hù)范圍僅為電機(jī)本體，不像傳統(tǒng)的縱差保護(hù)包含了電機(jī)供電一次電纜，電纜需要設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)措施。

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（作者單位：四川天一科技股份有限公司）