发电厂高压电动机断相保护的探讨.doc

发电厂高压电动机断相保护的探讨
沈明德
（云浮发电厂，广东云浮527328）

摘要：针对目前高压电动机断相故障率高，而高压电动机保护大多数情况下不能进行断相保护的问题，分析了发电厂高压电动机发生常见的内部断相故障时流过的负序电流的特性，提出了用负序电流保护作电动机断相保护的新观点，并对负序电流保护的整定原则进行了探讨。关键词：高压电动机；负序电流保护；整定原则
1装设高压电动机断相保护的必要性1．1高压电动机断相故障率较高某发电厂45台功率为220～2000kW的6kV高压电动机近两年来出现故障共50台次（见表1）。在21台次定子线圈故障中，线圈端部连线或跳线烧断占19次，线圈在铁心部位的绝缘损坏直接引起相间短路的只有2次，可见线圈端部引线故障率最高。在19次断相故障中，有3次发展为相间短路由保护动作跳闸，其余16次保护均未动作，靠运行人员发现电动机放炮后，手动切开关，此时电动机损坏已相当严重。1．2现有保护不能作断相保护目前发电厂高压电动机保护的一般装置设计原则为：2MW以下的电动机只装设速断定时限过流保护，2MW及以上的配差动保护和反时限过流保护。电动机断相故障一般是在起动时发生，这时差动保护不可能动作；电流速断定时限过流保护按躲过电动机的起动电流整定，断相时起动电流只有正常起动电流的0．866倍（见3．2节的分析），故电流速断定时限过流保护也不会动作；而反时限过电流保护是按躲过电动机的起动电流整定，断线情况下起动时也不会动作，因起动后的电流只有电动机正常空载电流的1／3。这就使得电动机在单相断线时没有快速保护动作，造成故障扩大。因此，装设电动机断相快速保护是十分必要的。较灵敏，所以大型高压电动机有必要配置负序电流保护，以作为断相（线）故障的主保护。

2负序电流的产生及对电动机的作用电动机中产生负序电流不外乎两个因素：一是电动机本身的参数不对称；二是所接的电网参数不对称。2．1外部参数不对称时在出现外部系统不对称故障时产生的负序电压，在电动机中引起的负序电流随故障点不同有很大的区别。对于单元机组，当故障发生在主变压器高压侧以外时，高压厂用电母线的负序电压很小，而且系统切除故障的时间不会很长，对厂用电动机的运行不会造成影响。从负序电流对电动机的作用来说，系统的负序电流不会在电动机中引起高次谐波，由于转子对称，只产生负序转距，使电动机的定、转子电流增大。而负序电流对发电机的影响则绝然不同，负序电流会在发电机中引起一系列的高次谐波使转子发热，损坏发电机转子。所以，发电机负序电流保护以转子发热条件为依据，可采用反时限特性配置和整定保护，而对电动机则未必可取。当发电机出口附近短路故障不对称时，发电机变压器保护一般能在很短的时间切除故障，也不会对电动机造成很大的危害。以上两种情况，负序电流存在时间都很短，此时并不要求电动机负序电流保护动作。但是，在电动机高压母线上或靠母线很近的其它电动机线路上发生两相短路时，在非故障的电动机回路会产生较大的负序电流。设L2和L3两相短路，故障点在母线上，为简要地说明问题，忽略高压厂用电源的系统阻抗，则此时母线处的各相电压为：把上式分解为序电压，得由于电动机的暂态过程一般很短（毫秒级），在这个过程中可以忽略电动机铁心的磁通饱和，利用叠加原理分别作出正序和负序等值电路（如图1所示）。

由图1的等值电路求得：正序电流负序电流由于电动机的机械惯性，故障开始一段时间内，电动机的转速下降不多，转差率没有明显的变化，s＝0，在负序网络中，由于所以，此时流入电动机的负序电流比正序电流大，接近电动机正常起动电流的一半。在这种情况下，非故障回路上的电动机速断保护按躲过起动电流整定，不全动作。在上面的分析中，忽略了电源的内阻抗，实际上，由于电源内阻的影响，作用于电动机的负序电压小于正序电压，实际的负序电流要比式（4）小，但仍是相当大的。综上所述，在外部参数不对称时，故障时间不会太长，不会对电动机本身造成很大的危害，一般不要求电动机的负序电流保护动作。2．2内部参数不对称可能造成电动机内部参数不对称的故障有：定子线圈相间短路、定子线圈匝间短路、定子线圈断线、转子断条、转子绕组匝间或相间短路等。从运行经验看，定子线圈匝间短路很少发生，定子线圈断线故障率却相当高，此时不管流入电动机的负序电流是多大，电动机是否过热电动机均应立即跳闸，而不应以常规反时限特性保护来作用于电动机跳闸，以避免故障扩大。从理论分析可知负序电流保护对此类故障反应很灵敏。对于转子的故障，负序电流反应不灵敏，负序电流也不是转子发热的主要因素，倒是定子电源电压的降低、频率的升高或运行低速会使转子电流增大，转子线圈更快发热。定子负序电流的大小与定子、转子发热没有严格的关系。因此，电动机的负序电流保护采用反时限特性不可取。笔者认为采用二段式负序电流保护简单可靠，