大型电动机高阻抗差动保护原理、整定及应用【电力论文】

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1、电力论文-大型电动机高阻抗差动保护原理、整定及应用Abstract:This paper expatiated the principle, setting and application of high impedance differential protection in large motor with whole solid setting example.The influence of CT ratio error to high impedance differential protection is analyzed, and the measurement of CT ra

2、tio error is also introduced.Key words: high impedance differential protection ratio error 论文关键词：高阻抗差动保护匝数比论文摘要：本文阐述了大型电动机高阻抗差动保护原理及整定原则和整定实例。分析了 CT 匝数比误差对高阻抗差动保护的影响，并介绍了匝数比误差的测量方法。1 概述高阻抗差动保护的主要优点：1、区外故障 CT 饱和时不易产生误动作。2、区内故障有较高的灵敏度。它主要作为母线、变压器、发电机、电动机等设备的主保护，在国外应用已十分广泛。高阻抗差动保护有其特殊性，要保证该保护的可靠性，应从 CT

3、 选型、匹配、现场测试、保护整定等多方面共同努力。现在我国应制定高阻抗差动保护和相应 CT 的标准，结合现场实际情况编制相应的检验规程，使高阻抗差动保护更好的服务于电网，保证电网安全。2 高阻抗差动保护原理及定值整定原则2.1 高阻抗差动保护的动作原理：（1）正常运行时：原理图见图 1，I1=I2 ij=i1-i2=0. 因此，继电器两端电压：Uab= ijRj=0. Rj-继电器内部阻抗。电流不流经继电器线圈，也不会产生电压，所以继电器不动作。（2）电动机启动时：原理图见图 2，由于电动机启动电流较大，是额定电流的 68 倍且含有较大的非周期分量。当 TA1 与 TA2 特性存在差异或剩磁不

4、同，如有一个 CT 先饱和。假设 TA2 先饱和，TA2 的励磁阻抗减小，二次电流 i2 减小。由于 ij=i1-i2 导致 ij 上升，继电器两端电压 Uab 上升。这样又进一步使TA2 饱和，直至 TA2 完全饱和时，TA2 的励磁阻抗几乎为零。继电器输入端仅承受 i1 在 TA2 的二次漏阻抗 Z02 和连接电缆电阻 Rw 产生的压降。为了保证保护较高的灵敏度及可靠性，就应使 Uab 减少，也就是要求 CT 二次漏阻抗降低。这种情况下，继电器的整定值应大于 Uab，才能保证继电器不误动。（3）发生区内故障：原理图见图 3，i1=Id/n (nTA1 电流互感器匝数比) ij=i1-iei

5、1Uab=ijRji1Rj 此时，电流流入继电器线圈、产生电压，检测出故障，继电器动作。由于 TA1 二次电流 i1 可分为流向 CT 励磁阻抗 Zm 的电流ie 和流向继电器的电流 ij。因此，励磁阻抗 Zm 越大，越能检测出更小的故障电流，保护的灵敏度就越高。 2.2 高阻抗差动保护的整定原则及实例（1）整定原则：a)、保证当一侧 CT 完全饱和时，保护不误动。式中：U继电器整定值；US保证不误动的电压值；IKMAX启动电流值； b)、保证在区内故障时，CT 能提供足够的动作电压：Uk2US （3） 式中：UkCT 的额定拐点电压。CT 的额定拐点电压也称饱和起始电压:此电压为额定频率下的

6、正弦电压加于被测 CT 二次绕组两端，一次绕组开路，测量励磁电流，当电压每增加 10%时，励磁电流的增加不能超过 50。c)、校验差动保护的灵敏度：在最小运行方式下，电动机机端两相短路时，灵敏系数应大于等于 2。式中 Iprim保证继电器可靠动作的一次电流；n、Us同前所述；m构成差动保护每相 CT 数目；Ie在 Us 作用下的 CT 励磁电流；Iu在 Us 作用下的保护电阻器的电流；Rs继电器的内阻抗。（2）、整定实例：电动机参数：P=7460KW；Ir=816A。CT 参数：匝数比n600；Rin=1.774；Uk=170V。CT 二次侧电缆参数：现场实测 Rm=4.21。差动继电器（AB

7、B-SPAE010）参数:整定范围 0.4-1.2Un ；Un=50、100、200 可选；Rs=6K。计算 Us: US=IKMAX(Rin+Rm)/n=10Ir(Rin+Rm)/n=10816(1.774+4.21)/600=81.38V选取 Us=82V校验 Uk：Uk=170V Us 在 85V 以下即可满足要求。确定继电器定值：选取 Un=100;整定点为 0.82;实际定值为 82V。校验灵敏度：通过查 CT 及保护电阻器的伏安特性曲线可得在 82V 电压下的电流：Ie=0.03A Iu=0.006A Iprim=n(Us/Rs+mIe+Iu)=600(82/6000+20.03+

8、0.006)=47.8A。由此可见，高阻抗差动保护的灵敏度相当高，这也是该保护的主要优点之一。 3 高阻抗差动保护的应用3.1 高阻抗差动保护在应用中除了应注意：（1）、CT 极性及接线应正确；（2）、二次接线端子不应松动；（3）、不应误整定；(4)、CT 回路应一点接地等。还应注意：（1）、CT 二次应专用；（2）、高阻抗差动保护所用 CT 是一种特别的保护用 CT。为了避免继电器的误动作，对 CT 有三个要求：励磁阻抗高、二次漏抗低和匝数比误差小。高阻抗差动保护用的 CT 设计要点是：依据拐点电压及拐点电压下的励磁电流来确定铁芯尺寸。对于高阻抗差动保护用 CT 的特性匹配至关重要，在实际选

9、用时应采用同一厂家，同一批产品中特性相近、匝数比相同的 CT。3.2 下面主要探讨 CT 匝数比误差对高阻抗差动保护的影响（1）匝数比 n 为二次绕组的匝数与一次绕组匝数的比值。匝数比的误差t 定义如下：t(n-Kn)/Kn （6）式中，Kn标称电流比。国外标准中规定此种 CT 的匝数比误差为0.25。（2）匝数比误差要小：当电动机启动时（见图 2），电流互感器 TA2 未饱和，CT 的二次电流接近于匝数比换算得来的数值，这是由于 TA2 未饱和时励磁阻抗较高的原因。一般情况下高阻抗差动保护用 CT 励磁阻抗为几十千欧姆的数量级。如果匝数比的分散性很大，TA1 和 TA2 的二次电流 i1 和

10、 i2 不能互相抵消，该差值电流 ij 流经继电器线圈，即成为产生误动作的原因。（3）、匝数比误差规定为0.25，对于不同匝数比 CT 不尽合理。匝数较大 CT 容易满足该规定并且能保证保护不发生误动作。匝数较小 CT 即使满足该规定，在电动机启动时的差电压也较大，足以造成保护误动作。下面列举两个例子：a).两侧 CT 匝数比均满足0.25。假设：n1=3609(正误差)；n2=3591(负误差)。匝数比误差产生的不平衡电流：ij=(103600/3591-103600/3609)=0.05A 继电器两端不平衡电压：Uj=ijRs=0.056000=300VUj 大于继电器整定值，保护在这种情

11、况下将不可避免的发生误动作。b). 两侧 CT 匝数比相对误差满足0.25。假设：n1=3609；n2=3600。匝数比误差产生的不平衡电流：ij=(103600/3600-103600/3609)=0.025A 继电器两端不平衡电压：Uj=ijRs=0.0256000=150V Uj 小于继电器整定值，可满足工程要求。例 2：所有参数与整定计算实例相同。a).两侧 CT 匝数比均满足0.25。设：n1=601(正误差) ；n2=599(负误差)。匝数比误差产生的不平衡电流：Uj 远大于继电器整定值（82V），保护将发生误动作。b). 两侧 CT 匝数比相对误差满足0.25，假设：n1=601

12、 n2=600匝数比误差产生的不平衡电流：Uj=ijRs=0.02266000=135V Uj 仍大于继电器整定值，保护将发生误动作。通过上述两例足以说明对于高阻抗差动保护 CT 选择的苛刻条件，选择时应遵守 CT 匝数比误差相近的原则。建议在整定原则中增加继电器整定电压应大于由于匝数比误差产生的差电压，以保证高阻抗差动保护的可靠性。3.3 匝数比误差的测量测量的方法有两种： 第一种：在 CT 二次侧短路状态下，测量流经额定一次电流 i1 时的比值差f1,设此时励磁电流为 i0，则 f1=ti0/i1二次回路连接与二次绕组阻抗相等的负荷，在额定一次电流的 1/2 电流下测量比值差 f2,这时仍设励磁电流为 i0,则 f2=t2i0/i1匝数比误差为：tf22f1第二种方法：在测量 CT 伏安特性的同时测量一次绕组的电压。一次绕组开路，二次绕组加电压，测量一次绕组的电压，如图 5。CT 匝数比 n=U1/U2;匝数比误差 t(U1/U2Kn)/Kn。