電流互感器安裝位置對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響分析

魏春芝

摘 要：電流差動(dòng)保護(hù)一般應(yīng)用于變壓器、電機(jī)及輸電線(xiàn)路等重要電氣設(shè)備的一種繼電保護(hù)，它具有快速切除故障、靈敏性高和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。電流差動(dòng)保護(hù)一般由電流互感器、二次回路、微機(jī)保護(hù)裝置及開(kāi)關(guān)設(shè)備組成，其中電流互感器為其故障參數(shù)采集元件，其安裝的正確與否直接影響電流差動(dòng)保護(hù)的正常運(yùn)行，本文以高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及試運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)常見(jiàn)差動(dòng)保護(hù)電流互感器安裝位置方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了最佳配置方案，并對(duì)常見(jiàn)安裝位置故障進(jìn)行了分析論證。

關(guān)鍵詞：高壓電動(dòng)機(jī) 差動(dòng)保護(hù) 電流互感器配置

中圖分類(lèi)號(hào)：TM773.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（b）-0027-02

電流差動(dòng)保護(hù)一般應(yīng)用于變壓器、電機(jī)及輸電線(xiàn)路等重要電氣設(shè)備的一種繼電保護(hù)，它具有快速切除故障、靈敏性高和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。電流差動(dòng)保護(hù)一般由電流互感器、二次回路、微機(jī)保護(hù)裝置及開(kāi)關(guān)設(shè)備組成，其中電流互感器為其故障參數(shù)采集元件，其安裝的正確與否直接影響電流差動(dòng)保護(hù)的正常運(yùn)行，本文以高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及試運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)常見(jiàn)差動(dòng)保護(hù)電流互感器安裝位置方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了最佳配置方案，并對(duì)常見(jiàn)安裝位置故障進(jìn)行了分析論證。

1 差動(dòng)保護(hù)的原理

差動(dòng)保護(hù)的基本原理為通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)收尾兩側(cè)電流互感器電流分別進(jìn)行差流分析，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)流入電動(dòng)機(jī)的電流等于流出電動(dòng)機(jī)的電流，電流大小相等相位相反，二者差流為0；當(dāng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，流入電流不等于流出電流，二者產(chǎn)生差流，超過(guò)預(yù)設(shè)的保護(hù)定值后，啟動(dòng)保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作，出口跳開(kāi)電動(dòng)機(jī)斷路器，從而實(shí)現(xiàn)切除故障的目的。

2 電流互感器的技術(shù)要求

差動(dòng)保護(hù)用的電流互感器的技術(shù)要求為：穩(wěn)態(tài)誤差應(yīng)小于10%，因?yàn)檎ㄓ?jì)算中采用的不平衡穩(wěn)態(tài)電流是按10%誤差條件計(jì)算；暫態(tài)誤差盡可能小，影響電流互感器暫態(tài)誤差的參數(shù)主要有：短路電流及其非周期分量、一次回路時(shí)間常數(shù)、電流互感器工作循環(huán)及經(jīng)歷時(shí)間、二次回路時(shí)間常數(shù)等；收尾兩側(cè)電流互感器應(yīng)選用技術(shù)特性一致，即同一廠家同一批次產(chǎn)品，以盡可能減小不平衡電流。因?yàn)閮蓚?cè)電流互感器勵(lì)磁特性不同，將產(chǎn)生不平衡電流，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生外部短路時(shí)不平衡電流可能達(dá)到很高的數(shù)值，忽略它很可能造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)如果使差動(dòng)保護(hù)躲過(guò)外部短路時(shí)的不平衡電流，又會(huì)降低差動(dòng)保護(hù)的靈敏性。為提高保護(hù)裝置的靈敏度，減少保護(hù)誤動(dòng)作，要求選用的電流互感器技術(shù)特性一致，即同一廠家同一批次產(chǎn)品，以盡可能減小不平衡電流。

3 差動(dòng)保護(hù)對(duì)電流互感器的安裝配置要求

目前高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)均采用微機(jī)保護(hù)裝置，其正確動(dòng)作的前提是保護(hù)電流互感器的正確配置。微機(jī)保護(hù)裝置對(duì)許多干擾信號(hào)十分敏感，如果保護(hù)電流互感器配置不當(dāng)，很容易引起保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)。正確選擇高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)電流互感器配置方案，可以很大程度減小保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)幾率，對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行有著極其重要的意義。下面我們就目前常見(jiàn)電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)電流互感器安裝配置方案必須滿(mǎn)足如下要求。

（1）電動(dòng)機(jī)首尾兩側(cè)均應(yīng)安裝電流互感器方可構(gòu)成電流差動(dòng)保護(hù)；

（2）首尾兩側(cè)電流互感器之間的電氣設(shè)備為電流差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍，該保護(hù)范圍應(yīng)與預(yù)設(shè)計(jì)的保護(hù)范圍一致，盡可能減小保護(hù)死區(qū)范圍。

（3）配備差動(dòng)保護(hù)的元件，應(yīng)在元件各端口配置電流互感器，當(dāng)各端口屬于同一電壓級(jí)時(shí)，互感器變比應(yīng)相同，接線(xiàn)方式相同。

（4）為防止支持式電流互感器套管閃絡(luò)造成母線(xiàn)故障，電流互感器通常布置在斷路器的出線(xiàn)。

4 電機(jī)本體兩側(cè)安裝方式

本方案為在高壓電動(dòng)機(jī)本體進(jìn)線(xiàn)側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)分別裝設(shè)一組同規(guī)格的電流互感器，接入微機(jī)保護(hù)裝置構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。

該方案由于兩側(cè)電流互感器與保護(hù)裝置的距離相等，二次負(fù)載幾乎相同，從而規(guī)避了由于兩側(cè)負(fù)載不平衡導(dǎo)致的差動(dòng)誤動(dòng)問(wèn)題。

此種方案的弊端為保護(hù)范圍僅為高壓電動(dòng)機(jī)本體，只能對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組進(jìn)行了保護(hù)，繞組引出線(xiàn)上的相間短路故障和高壓電機(jī)電源電纜的相間故障只能依靠電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)，速斷保護(hù)靈敏度相對(duì)較低，尤其是高壓電纜末端發(fā)生兩相短路故障時(shí)，存在保護(hù)拒動(dòng)的隱患。不符合對(duì)重要設(shè)備“寧停勿損”的保護(hù)配置原則。另外，高壓電動(dòng)機(jī)的短路故障多發(fā)生在高壓電纜與電動(dòng)機(jī)接線(xiàn)柱連接處，正處在差動(dòng)保護(hù)范圍之外，兩種主保護(hù)交叉的薄弱處，對(duì)設(shè)備安全可靠運(yùn)行造成一定隱患。

5 “開(kāi)關(guān)柜+電機(jī)本體”安裝方式

該方案為在高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)及高壓電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)側(cè)附近各裝設(shè)一組電流互感器，接入微機(jī)保護(hù)裝置構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。

該方案差動(dòng)保護(hù)范圍為壓開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)電流互感器及電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)側(cè)電流互感器之間的所有一次設(shè)備，主要包括高壓開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)電流互感器以下的短母線(xiàn)、高壓電纜及電動(dòng)機(jī)定子繞組全部。該方案解決了“高壓電機(jī)本體”配置方案保護(hù)范圍小的缺點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)大型電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)均采用的此種電流互感器配置方案。

該方案的缺點(diǎn)為：由于兩側(cè)的電纜回路長(zhǎng)度不同，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)所用兩側(cè)電流互感器二次繞組所帶負(fù)載不平衡，成為導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的主要原因之一。解決方案：（1）選用二次額定電流為1A的電流互感器。（2）增大電流回路電流線(xiàn)徑，盡量減小電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)側(cè)電流互感器的二次負(fù)載。（3）在滿(mǎn)足設(shè)備整定原則和保證保護(hù)靈敏度的前提下，適當(dāng)增大差動(dòng)保護(hù)整定值的最小動(dòng)作電流和比率制動(dòng)系數(shù)。

6 案例

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中，由于電流互感器安裝位置導(dǎo)致的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)事件層出不窮，常見(jiàn)的有3種情況：二次回路線(xiàn)接線(xiàn)錯(cuò)誤、電流互感器安裝位置錯(cuò)誤、二次電纜選用錯(cuò)誤。下面分別進(jìn)行分析。

（1）常見(jiàn)的二次回路接線(xiàn)錯(cuò)誤一般有：接入角度不對(duì)，保護(hù)裝置要求180°接線(xiàn)，而錯(cuò)誤地接為0°，此種錯(cuò)誤一般采用電流互感器二次側(cè)端子接線(xiàn)對(duì)調(diào)的方式解決；二次回路線(xiàn)路相位不對(duì)應(yīng)，正確的接入方式為首端A相CT二次線(xiàn)對(duì)尾部U相CT二次線(xiàn)構(gòu)成差動(dòng)回路、首端B相CT二次線(xiàn)對(duì)尾部V相CT二次線(xiàn)構(gòu)成差動(dòng)回路、首端C相CT二次線(xiàn)對(duì)尾部W相CT二次線(xiàn)構(gòu)成差動(dòng)回路，實(shí)際接線(xiàn)不對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

典型的電流互感器安裝位置錯(cuò)誤一般發(fā)生在電動(dòng)機(jī)調(diào)整轉(zhuǎn)向后，電動(dòng)機(jī)調(diào)整轉(zhuǎn)向一般采取調(diào)換一次電纜相序的方式，電動(dòng)機(jī)一次電纜調(diào)整相序后二次電流回路也應(yīng)采取相應(yīng)的調(diào)整，否則導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

二次電纜選用錯(cuò)誤也經(jīng)常發(fā)生，典型的錯(cuò)誤為線(xiàn)芯橫截面積不夠，導(dǎo)致二次電流回路超載，從而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，因此調(diào)試過(guò)程中一定要對(duì)電流互感器的二次負(fù)擔(dān)進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)時(shí)，應(yīng)采用更換電流互感器容量或增加電流互感器二次回路線(xiàn)橫截面積的應(yīng)對(duì)措施。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)電流互感器安裝位置與電流差動(dòng)保護(hù)的影響分析和論證，高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)需不僅要考慮安裝位置和電流互感器規(guī)格兩方面的問(wèn)題，還應(yīng)對(duì)二次電流回路的正確性進(jìn)行判斷。電流互感器安裝位置不僅對(duì)保護(hù)范圍產(chǎn)生直接影響還會(huì)對(duì)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作正確性有直接影響；電流互感器的規(guī)格將對(duì)保護(hù)裝置的靈敏性產(chǎn)生影響。正確選用合適的配置方案，可以規(guī)避不必要的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失，從而確保電動(dòng)機(jī)和電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 葛懷東，姚斌，秦紅霞.電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)事故的分析[J].電力設(shè)備，2007（11）：65-67.

[2] 劉哲，閆順康，陳毅航.淺談電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)基本原理及事故處理應(yīng)用[J].水電與抽水蓄能，2015，1（4）：26-30.