磁平衡式差動保護在大型高壓電動機上的應用

楊永嘉

摘 要：傳統縱聯差動保護受電流互感器飽和特性的影響，實際應用中可能出現誤動的情況。本文在與傳統縱聯差動保護相比較的基礎上，分析研究了電動機磁平衡式差動保護的工作原理及性能特征。通過對電動機正常運行、起動、以及區內、外故障的分析，給出了磁平衡式差動保護的整定原則。研究表明磁平衡式差動保護能夠大大提高電動機保護的靈敏性和可靠性。

關鍵詞：電動機；縱聯差動保護；磁平衡式差動保護；電流互感器；中性點不接地系統

一般對于容量為2000kW以上或容量雖小于2000kW，但電流速斷保護靈敏度不滿足要求的重要電動機，需要裝設縱聯差動保護，以反應電動機的相間短路故障。然而，傳統縱聯差動保護在出現外部故障時會有誤動的情況，同時，大型電動機一般接入中性點不接地系統中，當電動機發生單相接地故障時，故障電流小，傳統縱聯差動保護不能動作，而磁平衡式差動保護接線簡單，靈敏度和可靠性高，使用效果較好。

本文討論了高壓電動機縱聯差動保護與磁平衡式差動保護的區別，對其原理進行了分析，并研究了磁平衡式差動保護的整定原則。

1 傳統縱聯差動保護

傳統縱聯差動保護原理接線示意圖如圖1：

二次差動回路中的差電流為：Iop=︳?1+?2 ︳（1）

電動機正常運行和外部故障時，電流互感器CT1、CT2二次側回路差電流為零，保護裝置不動作。而當電動機內部故障時，差電流很大，此時差動保護動作。顯然，要實現電動機縱聯差動保護，需要6個電流互感器和3個電流繼電器。為了保證差動保護的靈敏性和外部故障的可靠性，縱聯差動保護一般都采取比率制動方法。現場運行經驗表明，傳統縱聯差動保護由于差動繼電器兩臂的電流互感器在電動機自起動過程中的暫態特性往往難以完全一致，導致不平衡電流增大，同時受電流互感器特性的影響，當CT進入飽和時，差流增大，可能會發生誤動。

2 磁平衡式差動保護

磁平衡式差動保護，又叫自平衡式差動保護，是利用磁通平衡的原理，其一、二次原理接線示意圖如圖2：

由圖可知，磁平衡式差動保護包含3個自平衡互感器及3個電流互感器。其基本原理是將進入電動機機端和中性點側的同名相穿過同一個CT，利用磁勢平衡原理實現差動保護。在電動機正常運行和啟動過程中，流入各相始端的電流和流入中性點端的電流為同一電流，對于磁平衡電流互感器而言，該電流一進一出，互感器處于磁平衡，則二次側不產生電流，保護不動作。當電動機內部出現相間短路或接地故障時，故障電流破壞了電流互感器的磁通平衡，二次側產生電流，當電流達到整定值時啟動電流繼電器，保護正確動作。

正常運行及起動情況下，流過電動機各相磁平衡互感器一次側的不平衡電流為各相等效對地電容電流，不平衡電流很小，整定值可以很低，區內故障時有很高的靈敏度，區外故障以及起動過程中具有很高的可靠性，性能優于縱聯差動保護。

3 兩種保護方案的比較

3.1 保護接線以及電流互感器方面

傳統縱聯差動保護中需要6個CT，接線復雜，價格較高，最大的缺點在于易引起誤動；磁平衡式差動保護中只需要3個CT，接線簡單、可靠，價格較低。

3.2 保護性能方面

傳統縱聯差動保護主要反應電動機內部的相間短路故障，其整定計算需要考慮躲過的最大不平衡電流，因此單相接地短路時由于故障電流太小，傳統差動保護一般不具有足夠的靈敏度動作于跳閘。同時，由于變電所一般離電動機的現場較遠，中性點側CT要承載過多電纜電阻負載，這樣會使CT提前進入飽和，從而電流增大，傳統縱聯差動保護會誤動作。

3.3 互感器裝設位置

磁平衡互感器一般裝設在電動機出線處，保護范圍僅僅是電動機內部。而傳統的電流縱差保護可以安裝在供電電纜的開關柜出口處，因此其保護范圍可以包含電動機以及供電電纜。

3.4 磁平衡式差動保護的實際應用

在大型電動機試車過程中，會出現諸多問題，磁平衡保護經常會受外部干擾而誤動作，使電動機無法正常運行。因此，這就要求在磁平衡互感器二次側接線時，要求一點接地，而不能采用多點接地，因為不同的接地點之間會形成壓差從而形成環流，再加上外部干擾的疊加，使磁平衡保護誤動作，建議在保證可靠性與靈敏性的前提下調高保護定值。這些措施都能極大地提高保護的可靠性，使電動機能夠正常可靠地運行。

3.5 經濟效益

磁平衡式差動保護在大型電動機上的應用，使電動機能夠安全可靠的運行。從而保證了生產和電網的平穩運行。如果大型電動機沒有磁平衡式差動保護，而僅有速斷保護，當電機本體發生短路故障時，由于速斷定值較大，不能及時的切斷電源，會導致電機燒毀。而傳統的縱聯差動保護容易產生誤動作，每次誤動作都會造成幾十萬的經濟損失。

參考文獻

[1]脫子林，楊國旺.磁平衡差動保護在高壓電機上應用與實踐[A].2014鋼鐵企業設備故障遠程診斷技術與無損檢測交流會論文集[C].2014：125.

[2]脫子林.高壓電動機差動保護的改進與應用[A].2011年全國鋼鐵企業供用電專業年會[C].2012：24.

（作者單位：大慶石化煉油廠）