高压电机的各种继电保护

摘 要： 高压异步电动机在工业生产中应用广泛，为避免电机因故障造成损坏，继电保护是必不可少的。配合在高压异步电动机上的保护主要有电流速断保护、差动保护、过负荷保护、单相接地保护及低电压保护。

关键词： 高压电机；继电保护；差动保护；速断保护

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0920109—02

1 高压电机继电保护的重要性

工业上常用的大量的高压异步电动机，这些电动机在运行中可能发生很多的故障，如不及时处理，有可能导致电机烧毁甚至更大的损失，因此继电保护装置一直是高压电机的重要部件。本文将目前常用的几种常见的继电保护方式做了归纳与整理。

2 高压电机继电保护的配置

2.1 相间短路

1）对于P≤2000KW的电动机内部绕组以及引出线上的相间短路，应装设电流速断保护；

2）对于P≥2000KW的高压电动机，应该装设纵差保护；所有保护动作于跳闸。

2.2 易发生过负荷的电动机

装设过负荷保护，并根据过负荷的性质决定动作于信号还是动作于跳闸。

2.3 单相接地故障

1）当单相接地电流大于5A时，装设单相接地保护；

2）当单相接地电流小于5A时，装设绝缘监测装置；

3）当单相接地电流大于10A时，动作于跳闸；

4）当单相接地电流小于10A时，动作于跳闸或者信号。

2.4 低电压保护

对于次要的高压电动机或者不允许自起动的电动机，装设低电压保护。

3 高压电机常见的五种继电保护方式

3.1 高压电机的速断保护

1）电动机的速断保护装置应配置于电动机定子绕组的相间短路时，一般用于2000kw以下的高压电机。保护的范围应当包括开关和电动机的电缆在内。

2）保护的整定原则，应当躲过全压启动时，电动机的最大启动电流整定，即其中，Iset为保护装置的一次动作电流；Ik.set为继电器的动作电流；INM为电动机的额定电流；Is.max为电动机的最大启动电流，一般为额定电流的7—10倍；Krel为可靠系数，采用GL型继电器时，取值1.8～2.0，如果采用DL型继电器，则取值1.4～1.6；Kc为接线系数，采用两相不完全星型接线时，取值1，采用两相接线时取值 ；Ks为电动机启动电流倍数；nTA为电流互感器变化。

3.2 高压电机的差动保护

由于电流速断保护灵敏度低，对电机内部故障区分度小，所以对于容量在2000kw以上的电机或容量小于2000kw但具有6个引出线端子的有重要作用的电动机应运用纵联差动保护。对容量在5000kw以下的电机差动保护可采用两相式接线，DL继电器；而电机容量在5000kw以上时，采用三相式接线。保护装置作用于跳闸。其动作电流整定要求按躲过电动机的额定电流整定，因为要考虑二次回路断线时不会引起误动作。传统的差动保护主要采用电磁型差动保护器，由于精度差，灵敏度低，现在多采用新式的微机型电机差动保护装置，较之传统保护器具有精度高，功能全的特点。

3.3 高压电机的过负荷保护

1）长时间过负荷运行会使电机温度超过许可值，造成绝缘层老化甚至引起事故。因此对有可能发生过负荷的电机，应根据电机的重要程度和有可能发生过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷一般情况下都是对称的，因此可以只装一相。应该注意的是，在不停机不能去除过负荷的情况下，或在无人值班的电动机上，过负荷保护应作用于跳闸；对不停机可以消除过负荷的电机则可作用于信号或减负荷。现在广泛使用的GL型继电器是使用一个反时限电流继电器即作相间短路又做过负荷保护，其瞬时速断特性作为电机的电流速断，反时限特性则作为过负荷保护[1]。

2）过负荷装置的动作电流应该按照躲过电动机的最大启动电流来整定[2]，即其中，Iset为保护装置的动作电流；IK.set为继电器的动作电流；IN.M为电动机的额定电流；Krel为可靠系数，当保护装置动作与信号时，取值1.05～1.1，动作于跳闸、自动减负载时，取值1.2～1.25；Kre为返回系数，一般对DL型继电器取值0.85—0.9，GL型取值0.8；Kc为接线系数，当两相不完全星型接线时取值1；两相电流差接时取值 ；nTa为电流互感器变化。对于GL型继电器，应先整定过负荷保护，在整定速断保护。

3）过负荷保护的时限，要大于电机带负荷起动的时间，一般电机为：tset=（1.1～1.2）ts。其中，tset是保护装置的动作时间，ts为电动机的实际起动时间，大多取值15～20秒。

3.4 高压电机的低电压保护

1）装备低电压保护的原则。当电源电压降低时或中断后又恢复时，为使重要电动机可以自起动，应该在其它相对不重要的电机上装设0.5s时限的低压保护，把其从电网中切除；根据客观条件和工艺要求，对电源电压长期较低或中断后不准许自起动的电动机，则应采用带9～10s时限的低电压保护，要求可以把其从电网中切除；对重要且要求自起动的电动机不应装设。

2）装备低电压保护的要求。

① 能反应对称或不对称的电压下降。因为在不对称短路时，电动机也可能被制动，而当电压恢复时，也会自起动。

② 当电压互感器一次侧或两次侧发生各种断线时，保护装置不应误动作，并要发出断路信号。但此时如果母线确实失压或电压下降到整定值，保护装置仍要求能正确动作。

③ 当电压互感器一次隔离开关或隔离触头因误动作被断开时，保护装置不应误动作，并发出信号。

④ 不同动作时间的低电压元件的动作电压应分别整定[3]。当电压降低到额定电压的60%～70%时，应该先以0.5s延时切除不重要的电动机，而当电压继续降到额定电压的40%～50%，要求低电压保护经10s延时，切断不允许长时间失电后再自起动的重要电动机。

3）动作电压及动作时间的整定计算。

① 动作电压的整定。对不允许自启动的异步高压电动机，其公式为：

对需要自启动的电动机，其公式为：

其中，Uset为继电器的动作电压，UN.L为电网的额定电压，nTV——电压互感器变比。

② 对动作时间的整定原则。对不需要自启动的电动机，如果上一级变电所的送出线带有电抗器，在电抗器后发生短路时，因其母线电压降低较小，所以一般比本级变电所其余的送出线短路保护要大一个时限级阶差；如果上级变电所的送出线没有电抗器，则一般比上级变电所送出线短路保护大一个时限级阶差，大多取值0.5—1.5s。当然具体取值也要根据实际要求确定。

3.5 高压电机的单相接地保护

目前高压电动机的供电线路，多为小接地电流网络，在发生单相接地时，一般仅有接地电容电流流过故障点，一般危害较小。只有当单相接地电流大于5A时，方考虑设置选择性接地保护装置，一般单相接地电流小于10A时，保护装置动作于信号，当电流大于10A时，保护装置作用于电闸，以切断电源。接地保护装置根据零序电流保护装置原理构成，保护的动作电流应当按照大于电动机的电容电流整定。

4 结语

此外，常用的还有堵转保护、电机绕组及轴承温度保护、轴瓦油压保护以及同步电动机的失步保护、失磁保护非同步冲击保护等方式。近年来，随着技术的进步，微机技术越来越多的在电力领域得到运用，在继电保护方面也有了很多新的突破，如过去没有的定子绕组一相匝间短路保护装置，现在也可在微机保护中通过负序电流来发现此种故障，很多传统的保护方式在灵敏度、精确度及安全性上也都有了提升。

参考文献：

[1]耿庆鲁，自制高压电动机的综合继电保护装置[J].氯碱工业，2006（8）：1—3.

[2]许健，电力系统继电保护安全管理运行的研究[J].大科技：科技天地，2011（20）：293—294.

[3]刘向峰、何文娟，浅谈电力系统继电保护[J].科技致富向导，2011（30）：248—250.