高壓電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)的整定計(jì)算的探討

1、高壓電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)整定計(jì)算方法的探討摘要隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的不斷提高，電機(jī)大量采用綜保裝置, 其保護(hù)功能較原電磁型電動(dòng)機(jī)保護(hù)增強(qiáng)、增多了許多。本文將通過對電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流產(chǎn)生原因和對保護(hù)的影響進(jìn)行分析，對高壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)的定值整定方法進(jìn)行了探討。經(jīng)過多年的運(yùn)行實(shí)踐, 證實(shí)了按介紹的方法進(jìn)行整定比較合理，保護(hù)都能正確動(dòng)作。關(guān)鍵詞電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流定值計(jì)算 1、電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流產(chǎn)生的原因由于綜合保護(hù)采用了負(fù)序電流來實(shí)現(xiàn)斷相等保護(hù)功能，在保護(hù)的整定計(jì)算中必須考慮以下因素：外部不對稱故障產(chǎn)生的負(fù)序電流對保護(hù)的影響；母線電壓不平衡產(chǎn)生的負(fù)序電流對保護(hù)的影響；CT斷線的影響；不對稱短路故障對速斷保護(hù)靈敏

2、度的影響。1.1電網(wǎng)參數(shù)不對稱 電網(wǎng)參數(shù)不對稱包括正常運(yùn)行時(shí)的電源電壓不平衡和外部不對稱短路產(chǎn)生的不對稱電壓。這2種情況下都會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流。 a正常運(yùn)行時(shí)不平衡電壓產(chǎn)生的負(fù)序電流設(shè)正常運(yùn)行時(shí)不平衡電壓所產(chǎn)生的負(fù)序電壓為U2，此時(shí)電動(dòng)機(jī)回路的負(fù)序電流為： 式中：Ist為電動(dòng)機(jī)額定電壓下的啟動(dòng)電流；Z為負(fù)序阻抗；ZSC為啟動(dòng)阻抗；UN為電動(dòng)機(jī)的額定電壓。由式（1）可知，由于電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流Ist可達(dá)額定電流的58倍，因此，只要有很小的負(fù)序電壓存在，也會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)序電流。例如，設(shè)U2005 UN，由于Ist58IN，代入式（1）可得： I2（58）IN（005UNUN）（02504）IN即只要存在

3、額定電壓5的負(fù)序電壓，將會(huì)在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生達(dá)2540額定電流的負(fù)序電流。 b外部不對稱短路產(chǎn)生的負(fù)序電流如果在電動(dòng)機(jī)所屬高壓母線上或靠母線很近的其它設(shè)備上發(fā)生兩相短路，將在非故障的電動(dòng)機(jī)回路上產(chǎn)生很大的負(fù)序電流。設(shè)在電動(dòng)機(jī)所在高壓母線上發(fā)生BC相短路。忽略系統(tǒng)阻抗的影響，這時(shí)Ua=E1,Ub=Uc=-E1/2由對稱分量法，可求得此時(shí)的負(fù)序電壓為：U2=E1/2式中E1為系統(tǒng)電勢，可認(rèn)為E1UN，且由于ZZSC，因此非故障電動(dòng)機(jī)回路產(chǎn)生的負(fù)序電流為： 由此可見，在電動(dòng)機(jī)所在高壓母線上或附近發(fā)生兩相短路時(shí)，非故障的電動(dòng)機(jī)回路將產(chǎn)生達(dá)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流一半的負(fù)序電流，這在定值整定時(shí)是不容忽視的。212內(nèi)部

4、參數(shù)不對稱造成電動(dòng)機(jī)內(nèi)部參數(shù)不對稱的原因主要有：定子線圈相間短路、定子線圈匝間短路、定子線圈斷線、轉(zhuǎn)子斷條等。以實(shí)際運(yùn)行中故障率較高的定子線圈一相斷線為例進(jìn)行分析。根據(jù)故障分析法，當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子線圈發(fā)生一相斷線時(shí)，復(fù)合序阻抗圖如圖1所示。圖1 異步電動(dòng)機(jī)一相斷線復(fù)合序阻抗等效電路由圖1可得電動(dòng)機(jī)定子線圈一相斷線時(shí)的負(fù)序電流為： I2=-I1=-E1/（Z+Z-）啟動(dòng)時(shí)一相斷線：這時(shí)，S=1 ，Z+=Z-=Zsc,有：I2=-E1/（Z+Z-）=-E1/（2Zsc）=-（1/2）IN即負(fù)序電流為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的一半。 b正常運(yùn)行時(shí)一相斷線正常運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S一般約003005，正序等值阻抗

5、即為電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷等值阻抗，而負(fù)序等值阻抗Z仍可認(rèn)為與電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)阻抗相等。在正常運(yùn)行的情況下電動(dòng)機(jī)定子回路發(fā)生一相斷線的瞬間，由于慣性，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率基本保持不變，因此，仍可按正常運(yùn)行的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析。根據(jù)有關(guān)資料，正常運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)約為09（相當(dāng)于阻抗角為25）左右，而電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，功率因數(shù)只有0203（相當(dāng)于阻抗角7278）左右，即： Z+=Z1=E1exp(j250)/INZ-=Zsc=E1exp(j750)/(58)IN故有：Z+ Z-= E1exp(j250)/IN+ E1exp(j750)/(58)IN(1.081.14) E1exp(j300)/IN這時(shí)產(chǎn)生的負(fù)序

6、電流為：I2=E1/（Z+Z-）=(0.880.93) IN由此可知，在正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生斷相，在不考慮轉(zhuǎn)差率變化的情況下，所產(chǎn)生的負(fù)序電流約為電動(dòng)機(jī)額定電流的90左右，由于負(fù)序電流的存在，將產(chǎn)生負(fù)序轉(zhuǎn)矩，從而使合成轉(zhuǎn)矩減少，如果維持負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率增大，從而使負(fù)序電流進(jìn)一步增加，一般可達(dá)額定電流的110。22負(fù)序電流對保護(hù)的影響221CT二次回路一相斷線如果正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生CT二次回路一相斷線，這時(shí)，通入繼電器僅有一相電流，使得負(fù)序電流濾序器產(chǎn)生輸出量。例如，發(fā)生A相CT二次回路斷線，這時(shí)IA0， I2=KIc+IAexp(-j2400)=KIc=0.577Ic由此可見，正常運(yùn)行時(shí)

7、發(fā)生CT二次回路一相斷線，產(chǎn)生了相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)工作電流0577倍的負(fù)序電流，可能造成保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，在定值整定計(jì)算中必須考慮CT斷線的影響。222正常運(yùn)行時(shí)不平衡電壓產(chǎn)生的負(fù)序電流從211的分析可知，只要出現(xiàn)很小的負(fù)序電壓，將在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生較大的負(fù)序電流。這時(shí)，只要電源的不平衡電壓在允許范圍內(nèi)，同時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)序電流與正序電流的迭加值不超過電動(dòng)機(jī)的額定電流，即電動(dòng)機(jī)的工作電流不超過額定值是允許的，不會(huì)給電動(dòng)機(jī)造成不利影響。因此，沒有必要由負(fù)序保護(hù)來切除。但是，如果負(fù)序保護(hù)的定值整定過低，將造成保護(hù)的誤動(dòng)作。223外部不對稱短路故障產(chǎn)生的負(fù)序電流在電動(dòng)機(jī)所在高壓母線上或靠母線很近的其它回路上（例

8、如電動(dòng)機(jī)和廠用分支）發(fā)生兩相短路，將在非故障的電動(dòng)機(jī)回路上產(chǎn)生達(dá)啟動(dòng)電流一半的負(fù)序電流，在這種情況下，如果故障設(shè)備的瞬動(dòng)保護(hù)（如差動(dòng)、電流速斷）正確動(dòng)作，則一般不會(huì)造成負(fù)序保護(hù)的誤動(dòng)。但是，如果瞬動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)，特別是當(dāng)故障發(fā)生在廠分支上，這時(shí)必須依靠后備保護(hù)來切除，如果定值整定不當(dāng)，負(fù)序電流保護(hù)將誤動(dòng)出口，這是不允許的。因?yàn)楫?dāng)故障支路切除后或備用電源自投后，要求非故障的電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)運(yùn)行。同樣，單純依靠提高負(fù)序電流保護(hù)的啟動(dòng)值，也是不允許的，因?yàn)閺?12的分析可知，在正常運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)生斷相時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)序電流只有額定電流的90至110左右，遠(yuǎn)小于外部兩相短路時(shí)在非故障電動(dòng)機(jī)中所產(chǎn)生的負(fù)序電流，因此

9、，如果定值整定過高，在發(fā)生斷相時(shí)，負(fù)序電流保護(hù)根本無法動(dòng)作，失去了綜合保護(hù)裝置中負(fù)序電流保護(hù)單元應(yīng)有的功能。解決這一矛盾，只有通過時(shí)限來配合。 32負(fù)序電流保護(hù)321啟動(dòng)值I2ZD整定根據(jù)以上分析，負(fù)序電流保護(hù)的啟動(dòng)值整定原則是： a躲過CT二次回路斷線已知CT二次回路斷線時(shí)，相當(dāng)于在繼電器中產(chǎn)生了一個(gè)0577倍電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電流的負(fù)序電流，故啟動(dòng)值應(yīng)為： I2ZDKK0577IN（10）b在正常運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)生斷相有足夠的靈敏度已知電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生斷相，將產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電流約90的負(fù)序電流，因此，為保證斷相時(shí)負(fù)序保護(hù)可靠動(dòng)作，負(fù)序電流保護(hù)啟動(dòng)值應(yīng)為： I2ZD09INKLM（11）綜合式（1

10、0）和（11），負(fù)序電流啟動(dòng)值的整定范圍為：0577KKINI2ZD09INKLM（12）式中：I2ZD為負(fù)序電流保護(hù)整定值；IN為電動(dòng)機(jī)額定電流；KK為可靠系數(shù)，取115；KLM為靈敏系數(shù)，取11。 通常負(fù)序電流保護(hù)整定為08 IN即可。 c動(dòng)作時(shí)間2負(fù)序電流保護(hù)的反時(shí)限特性如下：式中：I2eq為流入繼電器的負(fù)序電流與負(fù)序電流啟動(dòng)值之比，即：I2eqI2I2ZD；2為流入繼電器的負(fù)序電流I2為整定值I2ZD時(shí)的動(dòng)作時(shí)間。由于負(fù)序電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間t必須躲過外部兩相短路時(shí)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，設(shè)所在母線后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為t，由式（2）和式（13），2可整定為：2Ist（tt）（2I2ZD）（14）式中t為時(shí)間級(jí)差，取05 S。應(yīng)注意的是，有一些型號(hào)的綜合保護(hù)裝置的負(fù)序電流保護(hù)單元的反時(shí)限特性已由廠家固定，不能隨意整定。對于此類保護(hù)裝置應(yīng)根據(jù)廠家提供的反時(shí)限特性曲線進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)不能滿足選擇性要求時(shí)，按以下原則進(jìn)行處理：對于不要求自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)（如磨煤電動(dòng)機(jī)），由于在后備保護(hù)動(dòng)作出口前已由母線低電壓保護(hù)動(dòng)作（動(dòng)作時(shí)間為05 S）跳閘，因此可按t05 S重新進(jìn)行校驗(yàn)；對于要求自啟動(dòng)的 電動(dòng)機(jī)及按t05 S重新校驗(yàn)仍不滿足選擇性要求的電動(dòng)