关于高压电动机差动保护CT配置的探讨

关于高压电动机差动保护CT配置的探讨【摘要】本文就高压电动机差动保护CT配置重要性进行了论述，通过比较目前通用的三种的配置方式的优缺点，依次进行了排序，并推荐了最佳配置选择方案。【关键词】高压电动机差动保护CT配置1引言高压电动机，是发电厂重要的辅机设备，其故障将严重威胁机组的正常运行。2000kW及以上的高压电动机，或电流速断保护灵敏度不能满足要求的高压电动机，且电动机的中性点侧有引出线时，一般都采用差动保护作为主保护。《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB/T14285-2006)第4.13.2条规定：对电动机的定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按下列规定装设相应的保护：2MW以下的电动机，装设电流速断保护，保护宜采用两相式。2MW及以上的电动机，或2MW以下，但电流速断保护灵敏系数不符合要求时，可装设纵联差动保护。纵联差动保护应防止在电动机自起动过程中误动作。上述保护应动作于跳闸，对于有自动灭磁装置的同步电动机保护还应动作于灭磁。《火力发电厂厂用电设计技术规定》(DL/T5153-2002)也同样有如下规定：采用断路器作为保护及操作电器的高压厂用异步电动机应装设下列保护：1、纵联差动保护，用于保护电动机绕组内及引出线上的相间短路故障。2MW及以上的电动机应装设本保护。对于2MW以下中性点具有分相引线的电动机，当电流速断保护灵敏性不够时，也应装设本保护。保护装置采用两相两继电器式接线，瞬时动作于断路器跳闸。目前高压电动机差动保护均采用微机保护装置。微机保护装置其优点是集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体；一台装置即可完成开关柜内所有的保护及自动化功能，简化了高压开关柜二次设计和施工，代替了各种常规继电器和测量仪表，节省了大量的安装空间和控制电缆。配备保护和控制可编程功能，通用性强，内置保护库，用户可根据运行需要选配相应保护，以DSP数字信号处理器为核心，具有先进内核结构、高速运算能力和实时信号处理等优良特性，过去由于CPU性能等因素而无法实现的保护算法可轻松实现。有完善的自检能力，发现装置异常能自动告警；具有自保护能力，有效防止接线错误或非正常运行引起的装置永久性损坏；免维护设计,无需在现场调整采样精度，测量精度不会因为环境改变和长期运行引起误差增大。人机接口符合人机工程设计要求，图形液晶，菜单化设计，全中文显示。显示内容包括测量数据、开关量状态、实时波形、事件记录、保护定值、和系统参数等。具有多套保护定值手动和自动切换功能。自动识别电气运行方式的变化，并自动切换保护定值。567但是微机保护装置正确的动作前提是保护CT的正确配置。微机保护装置运算速度加快、保护继电器动作功率小，但是对许多暂态过程、干扰信号等反应也非常灵敏，如果CT配置不得当,反而更容易造成保护装置的误动。正确选择差动保护配置，可以减少保护误动，这对于电力系统安全运行有着极其重要意义。2高压电动机差动保护可行的CT配置方案差动保护的对象是高压电动机，这就要求差动保护能躲过外部短路时暂态不平衡电流的影响，当被保护对象空载投入或外部故障时，励磁涌流或外部短路时暂态不平衡电流只流过被保护对象的电源侧或故障侧，通过CT回路在差动回路中形成含有非周期分量的不平衡电流，非周期分量电流能使微机保护装置二次CT铁芯迅速饱和，使保护动作电流大大增加，要提高差动保护躲避励磁涌流和外部短路时暂态不平衡电流的性能。必须通过调整CT变比、容量、保护定值和动作时间来躲过不平衡电流的影响。若CT容量选择不当，会引起元差动保护装置异常动作。下面我们就目前广泛应用的高压电动机差动保护配置方案进行分析。保护配置方案一高压电动机差动保护主要是保护电动机定子绕组和引出线上的相间短路故障。在此我们仅以10千伏高压电动机配置为例。其配置如下图1所示。后备保护测量部分单相接地保护差动保护差动保护装置后备保护装置差动保护图1带差动保护功能高压电动机保护配置接线（配置方案一）该配置方案中，电动机差动保护范围为：10kV开关负荷侧电流互感器1LH和电动机中性点电流互感器4LH之间的所有一次设备。主要包括：10kV开关负荷侧电流互感器以下的一次短母线、高压电源电缆和电动机定子绕组全部。差动保护装置CDJ和后备保护装置BHJ分开配置（也有生产厂家将差动保护和后备保护合而为一配置的），分别接自不同的电流互感器二次绕组1LH和2LH。而且后备保护装置内设有电流速断主保护功能和过流、负序电流、过负荷等全部后备保护功能。这样对于高压电缆来说，当电缆发生相间短路故障时，差动和速断保护将同时动作，相当于实现了差动和速断两个主保护的双重化配置，电动机微机保护装置一般情况下全部装设在其电源开关保护柜内，该配置方案能够完全满足相关技术规定要求。但是随着微机保护装置的大量应用，电动机中性点侧的电流回路电缆较长（基本与一次动力电缆长度一致）、回路负载较大，电源开关侧电流回路只是本柜内的二次线部分，这样差动保护用两侧电流互感器二次绕组所带的负载不平衡，这是导致电动机微机差动保护误动的主要原因之一。目前主要采取的技术措施有：（1）增加电流回路电缆的线径（一般采用6〜10mm2及以上的线径，或采用多根电缆并接方式），尽量减少中性点侧电流互感器的二次负载。（2）选用二次额定电流为1A的电流互感器，也是为了检修电流二次负载。（3）生产厂家在微机保护装置软件程序上采取一定技术措施。（4）在满足设备整定原则和保证保护灵敏度前提下，适当提高保护整定值中的制动系数和起动值。经过多年的运行经验，这些技术措施取得了一定的效果。同时该方案需要在开关柜内增设一组差动保护用电流互感器二次绕组，即开关柜内需要电流互感器三组二次绕组，分别为：差动保护用、后备保护用和测量用。这样当差动保护装曾聿亚更换时，只是短时退出差动保护即可，后备保护不用退出，一次设备在后备保护作用下可以继续运行，运行方式比较灵活。目前该种配置方案被广泛采用。保护配置设计方案二第二种保护配置最大的优点是降低工程造价，将开关柜内差动保护与后备保护合用一组电流互感器二次绕组，开关柜内电流互感器配置两组二次绕组，分别为：差动和后备保护合用、测量用。其配置如下图2所示。

569差动及后备保护测量部分单相接地保护差动保护差动保护装置后备保护装置图2带差动保护功能高压电动机保护配置接线（配置方案二）这种配置方案同方案一的唯一区别是差动保护与后备保护合用一组电流互感器，当差动保护装置需要更换时，需要将一次设备停电后才能进行，运行方式不灵活，保护范围和保护功能方面同方案一一样，该方案采用率远低于第一种。3保护配置设计方案三第三种配置方案优点是有效避免电动机因两侧电流互感器二次负载不平衡造成差动保护误动，将电动机进线侧装设了一组电流互感器，与中性点侧电流互感器共同接入差动保护装置，也就是说电动机差动保护装置只对电动机进行保护，而不对高压电缆进行保护。这样电动机两侧电流互感器的二次负载相差不大，避免因两侧电流互感器二次负载不平衡造成电动机差动保护误动问题。但是该配置方案存在下列缺点，首先是差动保护范围缩小了，只保护电动机定子绕组，不能保护高压电源电缆和电动机引线（实际上高压电源电缆就是电动机引线的一部分）动机差动保护主要是保护电动机定子绕组和引出线上的相间短路故障”的要求。其次侧电流互感器以下的一次短母线和高压电源电缆的相间故障只能通过后备保护装置保护来作源电缆和电动机引线（实际上高压电源电缆就是电动机引线的一部分）动机差动保护主要是保护电动机定子绕组和引出线上的相间短路故障”的要求。其次侧电流互感器以下的一次短母线和高压电源电缆的相间故障只能通过后备保护装置保护来作。这不完全符合“电10kV开关负荷BHJ中电流速断为主保护，需要装设差动保护的电动机容量大于2MW电动机额定电流比较大，电流速断保护定值必须躲过电动机起动电流，致使速断保护整定值较大，保护灵敏度大大降低，在高压电缆末端发生两相短路故障时甚至不能满足保护灵敏度的要求，造成保护拒动，此时只能通过后备保护功能来弥补，而电动机后备保护时间一般较长，致使故障持续时间延长甚至扩大事故。所以该配置方案不能实现对高压电源电缆和电动机接线引线的有效保护，对设备安全造成了一定的安全隐患，权衡利弊，570这也不符合对主要设备的“宁停勿损”原则。对于高压电动机来说，电源电缆发生故障的几率和电动机本身发生故障几率是大致相同的，尤其在电源电缆与电动机接线柱处发生的短路故障在电动机故障中占有较大的比例，而此处正是电缆末端、差动保护范围之外，正是两种主保护的交叉的薄弱点，对设备安全造成了很大隐患。高压电源电缆与10（6）kV母线直接连接，高压电缆短路阻抗一般比较小，短路电流大，当发生短路故障时对其整个高压母线系统影响较大，所以对高压电源电缆的保护要求应当更加可靠和灵敏。此配置方案采用率极低，运行经验较少。差动保护后备保护装置差动保护装置差动保护单相接地保护测量部分后备保护图3带差动保护功能高压电动机保护配置接线（配置方案三）4目前运行高压电动机差动配置调研分析笔者先后对国内数家同类型电厂、设计院和微机保护生产厂家进行了调研。571同类型电厂调研情况汇总:同类型电厂差动保护配置方案CT配置情况设计国华锦界电厂方案一差动保护和后备保护分开使用西北院国华宁海二期方案一差动保护和后备保护分开使用西南院国华陈家港电厂方案一差动保护和后备保护分开使用华东院华能沁北电厂方案一差动保护和后备保护分开使用西北院华能玉环电厂方案一差动保护和后备保护分开使用华东院国华沧东电厂方案二差动保护与后备保护共用华北院大唐王滩电厂方案二差动保护与后备保护共用华北院华能伊敏电厂方案二差动保护与后备保护共用东北院通辽电厂方案二差动保护与后备保护共用东北院国华绥中电厂二期方案二差动保护与后备保护共用东北院国华准格尔电厂方案三差动保护与后备保护CT独立西北院邹县发电厂（百万级）方案二差动保护与后备保护装置为一个装置（南瑞继保产品），但电泵采用分别配置，CT也是单独使用（最大电机，南瑞继保产品）西北院邹县发电厂（300MW级）方案二一期的差动保护与后备保护装置为一个装置（南瑞继保产品）二期的差动保护与后备保护共用CT（东大金智产品）西北院调研了国内知名厂用电微机保护生产厂家：南京东大金智公司(我厂10kV微机综合保护测控装置生产厂家)和南京南瑞继保公司相关技术人员，他们所了解到的国内电厂主要是采用方案一和方案二配置，很少使用方案三配置。东北电力设计院采用方案一和方案二，基本没有采用方案三的配置。5结论综上所述，结合同类型设备的兄弟电厂调研，10kV以上高压电动机差动保护应当优先采用万案一的配置方式，其次采用方案二的配置方式，不推荐方案三的配置方式，虽然方案三在一定程度上减少了电动机差动保护误动的几率，但是增加了对高压电缆末端尤其是电动机接线柱处短路故障时保护拒动的可能性，多年运行实践说明此处也是故障高发区，所以只靠电动机后备保护中不能对高压电缆进行有效的保护。此外在差动保护配置设计中应当注意下列问题：为提高差动保护CT的容量，选取CT回路二次电缆时，差动保护中电动机中性点一侧CT二次电缆可以增大线径(一般采用6〜10mm2及以上的线径，或采用多根电缆并接方式)，尽量减少中性点侧电流互感器的二次负载，采用多股铜芯软线屏蔽电缆。572对于吸风机等电动机