關(guān)于高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)CT配置的探討【摘要】本文就高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)CT配置重要性進(jìn)行了論述，通過比較目前通用的三種的配置方式的優(yōu)缺點(diǎn)，依次進(jìn)行了排序，并推薦了最佳配置選擇方案。【關(guān)鍵詞】高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)CT配置1引言高壓電動(dòng)機(jī)，是發(fā)電廠重要的輔機(jī)設(shè)備，其故障將嚴(yán)重威脅機(jī)組的正常運(yùn)行。2000kW及以上的高壓電動(dòng)機(jī)，或電流速斷保護(hù)靈敏度不能滿足要求的高壓電動(dòng)機(jī)，且電動(dòng)機(jī)的中性點(diǎn)側(cè)有引出線時(shí)，一般都采用差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)。《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》(GB/T14285-2006)第4.13.2條規(guī)定：對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子繞組及其引出線的相間短路故障，應(yīng)按下列規(guī)定裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)：2MW以下的電動(dòng)機(jī)，裝設(shè)電流速斷保護(hù)，保護(hù)宜采用兩相式。2MW及以上的電動(dòng)機(jī)，或2MW以下，但電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)不符合要求時(shí)，可裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)防止在電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)過程中誤動(dòng)作。上述保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于跳閘，對(duì)于有自動(dòng)滅磁裝置的同步電動(dòng)機(jī)保護(hù)還應(yīng)動(dòng)作于滅磁?！痘鹆Πl(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL/T5153-2002)也同樣有如下規(guī)定：采用斷路器作為保護(hù)及操作電器的高壓廠用異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)：1、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)及引出線上的相間短路故障。2MW及以上的電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)本保護(hù)。對(duì)于2MW以下中性點(diǎn)具有分相引線的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏性不夠時(shí)，也應(yīng)裝設(shè)本保護(hù)。保護(hù)裝置采用兩相兩繼電器式接線，瞬時(shí)動(dòng)作于斷路器跳閘。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。微機(jī)保護(hù)裝置其優(yōu)點(diǎn)是集保護(hù)、測量、監(jiān)視、控制、人機(jī)接口、通信等多種功能于一體；一臺(tái)裝置即可完成開關(guān)柜內(nèi)所有的保護(hù)及自動(dòng)化功能，簡化了高壓開關(guān)柜二次設(shè)計(jì)和施工，代替了各種常規(guī)繼電器和測量儀表，節(jié)省了大量的安裝空間和控制電纜。配備保護(hù)和控制可編程功能，通用性強(qiáng)，內(nèi)置保護(hù)庫，用戶可根據(jù)運(yùn)行需要選配相應(yīng)保護(hù)，以DSP數(shù)字信號(hào)處理器為核心，具有先進(jìn)內(nèi)核結(jié)構(gòu)、高速運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)信號(hào)處理等優(yōu)良特性，過去由于CPU性能等因素而無法實(shí)現(xiàn)的保護(hù)算法可輕松實(shí)現(xiàn)。有完善的自檢能力，發(fā)現(xiàn)裝置異常能自動(dòng)告警；具有自保護(hù)能力，有效防止接線錯(cuò)誤或非正常運(yùn)行引起的裝置永久性損壞；免維護(hù)設(shè)計(jì),無需在現(xiàn)場調(diào)整采樣精度，測量精度不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境改變和長期運(yùn)行引起誤差增大。人機(jī)接口符合人機(jī)工程設(shè)計(jì)要求，圖形液晶，菜單化設(shè)計(jì)，全中文顯示。顯示內(nèi)容包括測量數(shù)據(jù)、開關(guān)量狀態(tài)、實(shí)時(shí)波形、事件記錄、保護(hù)定值、和系統(tǒng)參數(shù)等。具有多套保護(hù)定值手動(dòng)和自動(dòng)切換功能。自動(dòng)識(shí)別電氣運(yùn)行方式的變化，并自動(dòng)切換保護(hù)定值。567但是微機(jī)保護(hù)裝置正確的動(dòng)作前提是保護(hù)CT的正確配置。微機(jī)保護(hù)裝置運(yùn)算速度加快、保護(hù)繼電器動(dòng)作功率小，但是對(duì)許多暫態(tài)過程、干擾信號(hào)等反應(yīng)也非常靈敏，如果CT配置不得當(dāng),反而更容易造成保護(hù)裝置的誤動(dòng)。正確選擇差動(dòng)保護(hù)配置，可以減少保護(hù)誤動(dòng)，這對(duì)于電力系統(tǒng)安全運(yùn)行有著極其重要意義。2高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)可行的CT配置方案差動(dòng)保護(hù)的對(duì)象是高壓電動(dòng)機(jī)，這就要求差動(dòng)保護(hù)能躲過外部短路時(shí)暫態(tài)不平衡電流的影響，當(dāng)被保護(hù)對(duì)象空載投入或外部故障時(shí)，勵(lì)磁涌流或外部短路時(shí)暫態(tài)不平衡電流只流過被保護(hù)對(duì)象的電源側(cè)或故障側(cè)，通過CT回路在差動(dòng)回路中形成含有非周期分量的不平衡電流，非周期分量電流能使微機(jī)保護(hù)裝置二次CT鐵芯迅速飽和，使保護(hù)動(dòng)作電流大大增加，要提高差動(dòng)保護(hù)躲避勵(lì)磁涌流和外部短路時(shí)暫態(tài)不平衡電流的性能。必須通過調(diào)整CT變比、容量、保護(hù)定值和動(dòng)作時(shí)間來躲過不平衡電流的影響。若CT容量選擇不當(dāng)，會(huì)引起元差動(dòng)保護(hù)裝置異常動(dòng)作。下面我們就目前廣泛應(yīng)用的高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)配置方案進(jìn)行分析。保護(hù)配置方案一高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)主要是保護(hù)電動(dòng)機(jī)定子繞組和引出線上的相間短路故障。在此我們僅以10千伏高壓電動(dòng)機(jī)配置為例。其配置如下圖1所示。后備保護(hù)測量部分單相接地保護(hù)差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)裝置后備保護(hù)裝置差動(dòng)保護(hù)圖1帶差動(dòng)保護(hù)功能高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置接線（配置方案一）該配置方案中，電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)范圍為：10kV開關(guān)負(fù)荷側(cè)電流互感器1LH和電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)電流互感器4LH之間的所有一次設(shè)備。主要包括：10kV開關(guān)負(fù)荷側(cè)電流互感器以下的一次短母線、高壓電源電纜和電動(dòng)機(jī)定子繞組全部。差動(dòng)保護(hù)裝置CDJ和后備保護(hù)裝置BHJ分開配置（也有生產(chǎn)廠家將差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)合而為一配置的），分別接自不同的電流互感器二次繞組1LH和2LH。而且后備保護(hù)裝置內(nèi)設(shè)有電流速斷主保護(hù)功能和過流、負(fù)序電流、過負(fù)荷等全部后備保護(hù)功能。這樣對(duì)于高壓電纜來說，當(dāng)電纜發(fā)生相間短路故障時(shí)，差動(dòng)和速斷保護(hù)將同時(shí)動(dòng)作，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了差動(dòng)和速斷兩個(gè)主保護(hù)的雙重化配置，電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置一般情況下全部裝設(shè)在其電源開關(guān)保護(hù)柜內(nèi)，該配置方案能夠完全滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)定要求。但是隨著微機(jī)保護(hù)裝置的大量應(yīng)用，電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的電流回路電纜較長（基本與一次動(dòng)力電纜長度一致）、回路負(fù)載較大，電源開關(guān)側(cè)電流回路只是本柜內(nèi)的二次線部分，這樣差動(dòng)保護(hù)用兩側(cè)電流互感器二次繞組所帶的負(fù)載不平衡，這是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)微機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的主要原因之一。目前主要采取的技術(shù)措施有：（1）增加電流回路電纜的線徑（一般采用6?10mm2及以上的線徑，或采用多根電纜并接方式），盡量減少中性點(diǎn)側(cè)電流互感器的二次負(fù)載。（2）選用二次額定電流為1A的電流互感器，也是為了檢修電流二次負(fù)載。（3）生產(chǎn)廠家在微機(jī)保護(hù)裝置軟件程序上采取一定技術(shù)措施。（4）在滿足設(shè)備整定原則和保證保護(hù)靈敏度前提下，適當(dāng)提高保護(hù)整定值中的制動(dòng)系數(shù)和起動(dòng)值。經(jīng)過多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這些技術(shù)措施取得了一定的效果。同時(shí)該方案需要在開關(guān)柜內(nèi)增設(shè)一組差動(dòng)保護(hù)用電流互感器二次繞組，即開關(guān)柜內(nèi)需要電流互感器三組二次繞組，分別為：差動(dòng)保護(hù)用、后備保護(hù)用和測量用。這樣當(dāng)差動(dòng)保護(hù)裝曾聿亞更換時(shí)，只是短時(shí)退出差動(dòng)保護(hù)即可，后備保護(hù)不用退出，一次設(shè)備在后備保護(hù)作用下可以繼續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行方式比較靈活。目前該種配置方案被廣泛采用。保護(hù)配置設(shè)計(jì)方案二第二種保護(hù)配置最大的優(yōu)點(diǎn)是降低工程造價(jià)，將開關(guān)柜內(nèi)差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)合用一組電流互感器二次繞組，開關(guān)柜內(nèi)電流互感器配置兩組二次繞組，分別為：差動(dòng)和后備保護(hù)合用、測量用。其配置如下圖2所示。

569差動(dòng)及后備保護(hù)測量部分單相接地保護(hù)差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)裝置后備保護(hù)裝置圖2帶差動(dòng)保護(hù)功能高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置接線（配置方案二）這種配置方案同方案一的唯一區(qū)別是差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)合用一組電流互感器，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)裝置需要更換時(shí)，需要將一次設(shè)備停電后才能進(jìn)行，運(yùn)行方式不靈活，保護(hù)范圍和保護(hù)功能方面同方案一一樣，該方案采用率遠(yuǎn)低于第一種。3保護(hù)配置設(shè)計(jì)方案三第三種配置方案優(yōu)點(diǎn)是有效避免電動(dòng)機(jī)因兩側(cè)電流互感器二次負(fù)載不平衡造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，將電動(dòng)機(jī)進(jìn)線側(cè)裝設(shè)了一組電流互感器，與中性點(diǎn)側(cè)電流互感器共同接入差動(dòng)保護(hù)裝置，也就是說電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置只對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，而不對(duì)高壓電纜進(jìn)行保護(hù)。這樣電動(dòng)機(jī)兩側(cè)電流互感器的二次負(fù)載相差不大，避免因兩側(cè)電流互感器二次負(fù)載不平衡造成電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)問題。但是該配置方案存在下列缺點(diǎn)，首先是差動(dòng)保護(hù)范圍縮小了，只保護(hù)電動(dòng)機(jī)定子繞組，不能保護(hù)高壓電源電纜和電動(dòng)機(jī)引線（實(shí)際上高壓電源電纜就是電動(dòng)機(jī)引線的一部分）動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)主要是保護(hù)電動(dòng)機(jī)定子繞組和引出線上的相間短路故障”的要求。其次側(cè)電流互感器以下的一次短母線和高壓電源電纜的相間故障只能通過后備保護(hù)裝置保護(hù)來作源電纜和電動(dòng)機(jī)引線（實(shí)際上高壓電源電纜就是電動(dòng)機(jī)引線的一部分）動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)主要是保護(hù)電動(dòng)機(jī)定子繞組和引出線上的相間短路故障”的要求。其次側(cè)電流互感器以下的一次短母線和高壓電源電纜的相間故障只能通過后備保護(hù)裝置保護(hù)來作。這不完全符合“電10kV開關(guān)負(fù)荷BHJ中電流速斷為主保護(hù)，需要裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)的電動(dòng)機(jī)容量大于2MW電動(dòng)機(jī)額定電流比較大，電流速斷保護(hù)定值必須躲過電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，致使速斷保護(hù)整定值較大，保護(hù)靈敏度大大降低，在高壓電纜末端發(fā)生兩相短路故障時(shí)甚至不能滿足保護(hù)靈敏度的要求，造成保護(hù)拒動(dòng)，此時(shí)只能通過后備保護(hù)功能來彌補(bǔ)，而電動(dòng)機(jī)后備保護(hù)時(shí)間一般較長，致使故障持續(xù)時(shí)間延長甚至擴(kuò)大事故。所以該配置方案不能實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電源電纜和電動(dòng)機(jī)接線引線的有效保護(hù)，對(duì)設(shè)備安全造成了一定的安全隱患，權(quán)衡利弊，570這也不符合對(duì)主要設(shè)備的“寧停勿損”原則。對(duì)于高壓電動(dòng)機(jī)來說，電源電纜發(fā)生故障的幾率和電動(dòng)機(jī)本身發(fā)生故障幾率是大致相同的，尤其在電源電纜與電動(dòng)機(jī)接線柱處發(fā)生的短路故障在電動(dòng)機(jī)故障中占有較大的比例，而此處正是電纜末端、差動(dòng)保護(hù)范圍之外，正是兩種主保護(hù)的交叉的薄弱點(diǎn)，對(duì)設(shè)備安全造成了很大隱患。高壓電源電纜與10（6）kV母線直接連接，高壓電纜短路阻抗一般比較小，短路電流大，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)對(duì)其整個(gè)高壓母線系統(tǒng)影響較大，所以對(duì)高壓電源電纜的保護(hù)要求應(yīng)當(dāng)更加可靠和靈敏。此配置方案采用率極低，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少。差動(dòng)保護(hù)后備保護(hù)裝置差動(dòng)保護(hù)裝置差動(dòng)保護(hù)單相接地保護(hù)測量部分后備保護(hù)圖3帶差動(dòng)保護(hù)功能高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置接線（配置方案三）4目前運(yùn)行高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)配置調(diào)研分析筆者先后對(duì)國內(nèi)數(shù)家同類型電廠、設(shè)計(jì)院和微機(jī)保護(hù)生產(chǎn)廠家進(jìn)行了調(diào)研。571同類型電廠調(diào)研情況匯總:同類型電廠差動(dòng)保護(hù)配置方案CT配置情況設(shè)計(jì)國華錦界電廠方案一差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)分開使用西北院國華寧海二期方案一差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)分開使用西南院國華陳家港電廠方案一差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)分開使用華東院華能沁北電廠方案一差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)分開使用西北院華能玉環(huán)電廠方案一差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)分開使用華東院國華滄東電廠方案二差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)共用華北院大唐王灘電廠方案二差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)共用華北院華能伊敏電廠方案二差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)共用東北院通遼電廠方案二差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)共用東北院國華綏中電廠二期方案二差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)共用東北院國華準(zhǔn)格爾電廠方案三差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)CT獨(dú)立西北院鄒縣發(fā)電廠（百萬級(jí)）方案二差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)裝置為一個(gè)裝置（南瑞繼保產(chǎn)品），但電泵采用分別配置，CT也是單獨(dú)使用（最大電機(jī)，南瑞繼保產(chǎn)品）西北院鄒縣發(fā)電廠（300MW級(jí)）方案二一期的差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)裝置為一個(gè)裝置（南瑞繼保產(chǎn)品）二期的差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)共用CT（東大金智產(chǎn)品）西北院調(diào)研了國內(nèi)知名廠用電微機(jī)保護(hù)生產(chǎn)廠家：南京東大金智公司(我廠10kV微機(jī)綜合保護(hù)測控裝置生產(chǎn)廠家)和南京南瑞繼保公司相關(guān)技術(shù)人員，他們所了解到的國內(nèi)電廠主要是采用方案一和方案二配置，很少使用方案三配置。東北電力設(shè)計(jì)院采用方案一和方案二，基本沒有采用方案三的配置。5結(jié)論綜上所述，結(jié)合同類型設(shè)備的兄弟電廠調(diào)研，10kV以上高壓電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用萬案一的配置方式，其次采用方案二的配置方式，不推薦方案三的配置方式，雖然方案三在一定程度上減少了電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的幾率，但是增加了對(duì)高壓電纜末端尤其是電動(dòng)機(jī)接線柱處短路故障時(shí)保護(hù)拒動(dòng)的可能性，多年運(yùn)行實(shí)踐說明此處也是故障高發(fā)區(qū)，所以只靠電動(dòng)機(jī)后備保護(hù)中不能對(duì)高壓電纜進(jìn)行有效的保護(hù)。此外在差動(dòng)保護(hù)配置設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意下列問題：為提高差動(dòng)保護(hù)CT的容量，選取CT回路二次電纜時(shí)，差動(dòng)保護(hù)中電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)一側(cè)CT二次電纜可以增大線徑(一般采用6?10mm2及以上的線徑，或采用多根電纜并接方式)，盡量減少中性點(diǎn)側(cè)電流互感器的二次負(fù)載，采用多股銅芯軟線屏蔽電纜。572對(duì)于吸風(fēng)機(jī)等電動(dòng)機(jī)