李志輝

（廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東 廣州510655）

0 引言

根據(jù)國家電氣設(shè)計(jì)規(guī)范要求，當(dāng)大型電動(dòng)機(jī)容量大于2 000kW及以上時(shí)，需要裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。國產(chǎn)電動(dòng)機(jī)普遍采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，而部分進(jìn)口電動(dòng)機(jī)已采用自平衡差動(dòng)保護(hù)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)比較縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和自平衡差動(dòng)保護(hù)，自平衡差動(dòng)保護(hù)具有接線簡(jiǎn)單、靈敏度和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

1 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和自平衡差動(dòng)保護(hù)原理及接線

1．1 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理和接線

根據(jù)國家設(shè)計(jì)規(guī)范要求，不小于2 000kW的異步電動(dòng)機(jī)需要裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)用作電動(dòng)機(jī)的相間短路保護(hù)。電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)具有一定的局限性，需要異步電動(dòng)機(jī)定子端具有6個(gè)引出端。電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理接線圖如圖1所示。

圖1 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理接線圖

電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在中壓開關(guān)柜電動(dòng)機(jī)回路裝設(shè)3個(gè)電流互感器，在電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)附近裝設(shè)3個(gè)電流互感器，6個(gè)電流互感器的二次回路接入綜合繼保裝置，在綜合繼保裝置內(nèi)比較電動(dòng)機(jī)始端電流與電動(dòng)機(jī)末端電流，實(shí)現(xiàn)電流差動(dòng)保護(hù)功能。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)或者差動(dòng)保護(hù)區(qū)外短路故障時(shí)，綜合繼保裝置檢測(cè)到的不平衡電流小于綜合繼保裝置的動(dòng)作電流，保護(hù)不動(dòng)作。在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，綜合繼保裝置檢測(cè)到的故障電流遠(yuǎn)大于綜合繼保裝置的動(dòng)作電流，保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，跳開斷路器，保護(hù)電動(dòng)機(jī)。

1．2 自平衡差動(dòng)保護(hù)原理及接線

電動(dòng)機(jī)自平衡差動(dòng)保護(hù)在電動(dòng)機(jī)定子線圈附近安裝3個(gè)電流互感器，電流互感器二次回路用控制線引出在電動(dòng)機(jī)接線盒附近，并用控制線引入自平衡差動(dòng)綜合繼保裝置。自平衡差動(dòng)綜合繼保裝置安裝于該電動(dòng)機(jī)回路的中壓柜上。

自平衡差動(dòng)保護(hù)功能：電動(dòng)機(jī)相間短路及定子繞組短路。

自平衡差動(dòng)保護(hù)原理：利用磁通平衡的原理。在正常情況下，由于磁通平衡，電流相量和為0，自平衡差動(dòng)互感器二次側(cè)不產(chǎn)生電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生相間短路故障時(shí)，故障電流破壞了電流互感器的磁通平衡，二次側(cè)產(chǎn)生不平衡電流；當(dāng)不平衡電流達(dá)到綜合繼保裝置整定值時(shí)，綜合繼保裝置啟動(dòng)跳閘回路，斷路器跳閘，切斷電動(dòng)機(jī)電源，保護(hù)電動(dòng)機(jī)。

自平衡差動(dòng)保護(hù)只需要在電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)附近裝設(shè)3個(gè)電流互感器，比縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)減少3個(gè)電流互感器，一定程度上解決了電流互感器的匹配問題。由于電流互感器接于電動(dòng)機(jī)每相進(jìn)出的2根線上，當(dāng)電動(dòng)機(jī)沒有相間短路故障時(shí)，電流互感器二次回路中的不平衡電流很小，所以自平衡差動(dòng)保護(hù)的整定值可以設(shè)置得很小，大大提高了電動(dòng)機(jī)保護(hù)的靈敏度。自平衡差動(dòng)保護(hù)原理接線圖如圖2所示。

圖2 自平衡差動(dòng)保護(hù)原理接線圖

2 自平衡差動(dòng)保護(hù)整定

自平衡差動(dòng)保護(hù)整定原則：自平衡差動(dòng)保護(hù)用于電動(dòng)機(jī)相間短路保護(hù)及電動(dòng)機(jī)定子繞組短路保護(hù)，由于相間短路大多數(shù)發(fā)生在電動(dòng)機(jī)進(jìn)線、出線端子上，短路電流很大，不能作為確定自平衡差動(dòng)保護(hù)整定值的依據(jù)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，電動(dòng)機(jī)自平衡差動(dòng)保護(hù)的整定值應(yīng)以電動(dòng)機(jī)單相接地電流為依據(jù)設(shè)定。10kV電源系統(tǒng)一般為不接地系統(tǒng)，當(dāng)裝設(shè)自平衡差動(dòng)保護(hù)的電動(dòng)機(jī)回路發(fā)生單相接地短路時(shí)，流入自平衡差動(dòng)保護(hù)裝置的故障電流為電網(wǎng)的總單相接地電容電流與故障回路電動(dòng)機(jī)電容電流之差。當(dāng)同一系統(tǒng)中其他線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，裝設(shè)自平衡差動(dòng)保護(hù)的電動(dòng)機(jī)回路將產(chǎn)生單相接地電容電流，其大小與該回路的電纜長(zhǎng)度、架空線長(zhǎng)度、電纜截面、架空線截面、系統(tǒng)電壓有關(guān)，自平衡差動(dòng)保護(hù)整定應(yīng)躲過此電容電流。

根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)舉例如下：電動(dòng)機(jī)額定電壓10kV，額定功率10 000kW，裝設(shè)自平衡差動(dòng)保護(hù)作為電動(dòng)機(jī)主保護(hù)。在電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)附近裝設(shè)3個(gè)電流互感器，電流互感器變比為50／1，10kV電網(wǎng)的總單相接地電容電流為20A。10kV開關(guān)柜至電動(dòng)機(jī)用電纜連接，3根3×240mm2電纜，每根電纜長(zhǎng)度為320m。

裝設(shè)自平衡差動(dòng)保護(hù)電動(dòng)機(jī)回路單相接地電流計(jì)算如下：

每根電纜線路單相接地電容電流為：

式中，S為電纜芯線的標(biāo)稱截面（mm2）；Ur為線路額定線電壓（kV）；l為線路長(zhǎng)度（km）；IC為單相接地電容電流（A）。

裝設(shè)自平衡差動(dòng)保護(hù)電動(dòng)機(jī)回路單相接地電容電流ICM＝3×IC＝1．88A，此電動(dòng)機(jī)自平衡差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流應(yīng)躲過電動(dòng)機(jī)回路單相接地電容電流。

裝設(shè)自平衡差動(dòng)保護(hù)電動(dòng)機(jī)回路保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流應(yīng)整定為：

式中，Iop為保護(hù)裝置一次動(dòng)作電流（A）；IC為電網(wǎng)的總單相接地電容電流（A）；ICM為裝設(shè)自平衡差動(dòng)保護(hù)電動(dòng)機(jī)電容電流（A）。

自平衡差動(dòng)保護(hù)裝置一次動(dòng)作電流整定范圍為：1．88A≤Iop≤14．5A，取10A。

自平衡綜合繼保裝置整定電流為：

式中，Iop．K為自平衡差動(dòng)保護(hù)裝置整定電流（A）；Iop為自平衡差動(dòng)保護(hù)裝置一次動(dòng)作電流（A）；Kjx為自平衡差動(dòng)保護(hù)裝置接線系數(shù)；nTA為自平衡差動(dòng)保護(hù)回路電流互感器變比。

由于國內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于自平衡差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算方法比較少，因此在使用此類型的大型異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)置需要按照廠家的要求，結(jié)合系統(tǒng)電網(wǎng)情況，合理設(shè)置自平衡差動(dòng)保護(hù)的整定值。

3 結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)需要異步電動(dòng)機(jī)定子端具有6個(gè)引出端，特別需要裝設(shè)6個(gè)相同型號(hào)的電流互感器，具有一定的局限性，在設(shè)置保護(hù)定值時(shí)也有比較多的要求。電動(dòng)機(jī)自平衡差動(dòng)保護(hù)不受異步電動(dòng)機(jī)定子端引出端頭數(shù)量的限制，只需要裝設(shè)3個(gè)相同型號(hào)的電流互感器，在設(shè)置保護(hù)定值時(shí)限制條件比較少。自平衡差動(dòng)保護(hù)具有接線簡(jiǎn)單、靈敏度高、可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于對(duì)電動(dòng)機(jī)有防爆要求的區(qū)域。由于國家設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于大型異步電動(dòng)機(jī)自平衡差動(dòng)保護(hù)定值的設(shè)置要求較少，在使用電動(dòng)機(jī)自平衡差動(dòng)保護(hù)時(shí)需要借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的情況，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，更好地使用和推廣10kV大型電動(dòng)機(jī)自平衡差動(dòng)保護(hù)。

［1］中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院．工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)．第3版．中國電力出版社，2005

［2］賀家李，宋從矩．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理（增訂版）．中國電力出版社，2004

［3］IEC60034－11—2004 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 第11部分：內(nèi)裝式熱保護(hù)