高壓電動機保護誤動原因分析

1、高壓電動機保護誤動原因分析 某煉油廠的主風機是一臺生產中最關鍵的設備，由一臺異步電動機拖動。電動機型號為 YKOS2500-2 ，主要參數為 10kV 、 2500kW 。繼電保護設計裝設了過負荷保護、縱聯(lián)差動保護、低電壓保護、接地保護、機組聯(lián)鎖保護等。在安裝調試工作中曾出現(xiàn)差動保護誤動作，過負荷誤動作、自行起動等故障，下面分別分析介紹。 1 、控制保護原理 該機的實際接線，見圖 1 （圖中對實際圖進行了簡化，僅畫出重要的有關部分）。 一次線路中斷路器用 ZN28-1000/10 型手車型真空開關，安裝在高壓室，由現(xiàn)場操作工通過按鈕 SB1、 SB2 控制。 控制部分也安裝在高壓室，采用 22

2、0V 直流電源。 動作原理：按 SB1 ，合閘線圈 CL(H) 得電，斷路器合閘，按 SB2 跳閘線圈 CL(F) 得電，斷路器分閘。指示燈 HG 既作分閘指示，又可監(jiān)視合閘回路是否正常， HR 既作合閘指示，又可監(jiān)視分閘回路是否正常。 K0 是防跳繼電器，防止合閘后有故障而按鈕 SB1 未松開時重復合閘。 CLK 是小車式真空斷路器本身的機械閉鎖行程開關，防止在合閘位置搖出斷路器小車。 K2 由安裝在 PT 柜中的低電壓繼電器觸點（已經過時間繼電器延遲）控制， K3 由主風機機組故障（如低油壓）觸點控制，均直接作用于跳閘。 差動保護 KA5 、 KA6 觸頭，通過繼電器 K 出口跳閘， K

3、兩端并一個電阻起增大信號回路電流作用，保證電流信號繼電器 K4 可靠動作，接地繼電器觸點 K7 通過連接片可以切換成信號或跳閘。 過負荷保護通過時間繼電器 KT 實現(xiàn)帶時限動作于跳閘。 2 、繼電保護裝置的調試及故障排除     繼保裝置在安裝后的調試中曾出現(xiàn)差動、過負荷誤動等故障，控制回路也出現(xiàn)電動機手動停機后又自動起動等故障，下面分別予以分析。 2 .1 、差動保護誤動作 差動用保護電流互感器 TA2a 、 TA2c 、 TA4a 、 TA4c 均為 LZX-10 型， 0.5 級 /D 級，電流變比為 400/5 ， D 級是差動保護專用。其中 T

4、A4 安裝在電動機現(xiàn)場， TA2 安裝在高壓控制室，兩者相距 240m 。差動繼電器動作電流整定值為 2.7A 。第一次起動時，差動迅速保護動作而跳閘。經過分析原因，認為電流互感器的極性接錯的可能性較大，經查果然是極性問題，系裝在現(xiàn)場（電動機基礎小間）的電流互感   器 TA4a 二次極性接反，造成正常時差動繼電器中存在電流流過動作。將其改為正確接線后，為了調試方便，確認電機沒有異常后，取消差動保護，再次起動電機，電動機起動成功。但電機起動期間，“差動回路斷線”信號還是不能復位，起動完后，又可以復位。差動斷線電流繼電器 KA1 的整定電流為 0.5A 。說明起動時回路有大于 0.5A

5、 的差電流流過。而差動斷線只發(fā)預告信號，不會使回路跳閘。此次起動是取消差動保護起動的，這樣就不能滿足電動機   保護要求。回路存在差電流是肯定的，這個差流從那里來？停機后經過仔細檢查，確認實際接線完全符合設計要求極性也正確，將差動回路連接恢復，投入差動保護，再次起動，差動瞬間跳閘，這究竟是什么原因呢？從原理圖上看沒問題，安裝接線方面的問題已排除，是不應該出現(xiàn)這種現(xiàn)象的。 經過進一步分析，問題的根本原因是電流互感器二次負載阻抗大小不平衡且都超過額定負載。 我們知道， LZX-10 ， 400/5 ， D 級電流互感器的額定二次負荷在 cos =0.8 時，只有 0.6 ，超出此范圍就不

6、準確。 這種互感器 10% 誤差時的電流倍數曲線見圖 2  。     由圖 2 可知，二次負荷只有在 0.6 以內， 10% 的誤差時，電流倍數才有 15 倍。 高壓室到現(xiàn)場電機的距離達 240m 。選用的控制電纜為 2.5mm 2 的銅芯線，通過計算線路的電阻：     R1=2 × L/S=2 × 0.0175 × 240 ÷ 2.5=3.36 。     電流互感器二次線圈所串聯(lián)的負荷有儀表、繼電器的阻抗 、導線電阻以及接觸電阻等阻抗 ，實測發(fā)現(xiàn)電

7、阻已達4，從圖 2 可以看出， 10% 誤差時只允許 4 倍電流，而電動機的起動電流就有 6 倍。 電流互感器負荷超過銘牌規(guī)定的阻抗值較多，引起了保護誤動作。這說明二次回路阻抗的大小很重要。我廠實際情況是電流互感器 2TAa 、 2TAc 與差動繼電器 KA5 、 KA6 及 KA1 均裝于高壓室。 TA2a 、 TA2c 的二次到差動繼電器的距離很短，只有 3 米左右。此回路電阻： R2=2 × L/S=2 × 0.0175 × 3 ÷ 2.5=0.042 。 此值只有 R1 的八十分之一大。電動機的額定電流為 166A ，起動電流為額定電流的 6 倍

8、，則二次瞬時電流可達 166 × 6/80=12.45A 。串入差動繼電器的阻抗相差太大，流經差動繼電器的電流差值也大。故起動時，差動保護跳閘。為了解決這個問題，將本來在控制室的電流互感   器公共接地端改至現(xiàn)場電機基礎小間內接地，使兩條線路阻抗   基本平衡。再次起動，起動成功。 由于該方法加大了線路電阻，差流雖然減少，不發(fā)生誤動，但因互感器誤差較大。這只是為不影響生產而采取的臨時措施，最好的辦法還是在下次停產大檢修時，更換現(xiàn)場到高壓室的控制電纜，加大截面，將線路電阻降至規(guī)定值以內。 2.2 、過負荷保護誤動作     在調試中，發(fā)

9、現(xiàn)的另一個問題是電動機空載運行時，一切正常，當打開風門逐漸增加負荷至 85% 左右額定負荷時，電動機的“過負荷”保護動作跳閘。 檢查過負荷用電流繼電器的整定值，是設計給定的 3A ，沒有發(fā)生變化，就是說，電流繼電器中確定流過了 3A 以上的電流，相當于一次電流 240A ，而當時實際的負荷僅 140A ，為何會誤動作？    從圖 3 中，我們知道，過負荷采用兩相三繼電器保護方式， KA2 、 KA3 中流過的分別是 A 相、 C 相電流， KA4 中流過的是 A 、 C 兩相電流的矢量和，即    I  4 &#

10、160; = I  a  + I c     正常接線時， I  4   = I a  + I  c  = - I  b ，相當于 B 相電流。實際檢查電流互感器的二次接線，發(fā)現(xiàn)是 C 相的 TA3c 二次線 K1 、 K2 接反，造成 KA4 電流繼電器中流過的電流變成   I 4 ' =  I a   -  I c&

11、#160;  。     從圖 3 中矢量圖分析可知，此時   I 4 '  =  I a   -  I c   因為電動機   正常時，三相電流平衡，大小基本相等設  I a  = I c ，那么     I 4 =   3I a   =   3I A /n L   =

12、   3 × 140 ÷ 80 = 3.03A     此值已大于 KA4 的動作電流。     由此可知，是電流互感器 TA3c 的二次線接反引起過負荷保護誤動作，更改接線后，故障排除。 2.3 、電動機停機后，自行起動     電動機設置了低電壓保護，是為了確保電網失電后，主風機電動機能可靠的斷開電源，防止電網恢復正常后，電動機又自行再起動。電動機正常停機后，沒有按開機按鈕，不應起動。 在調試中發(fā)現(xiàn)，有一次人工停機后，電動機馬上又自

13、行起動，操作工立即再一次按停機按鈕 SB2 ，電動機才停下來。 檢查分析后，判斷不是低電壓保護問題，因為當時電網運行正常，沒有出現(xiàn)失壓現(xiàn)象，低電壓監(jiān)測部分也工作正常，懷疑是起動線路有故障。 經仔細查找，發(fā)現(xiàn)是小車式高壓真空開關的 CLK 行程開關上的引線，由于大修后沒固定好，真空開關的機械部分動作時，將圖 1 中 C 、 D 兩點導線壓破后都與鐵板接觸，相當于接地且短接。 C 、 D 短接后，直流電源從 + 插頭 D C CLK 常閉 CL(H) 合閘線圈 QF1 常閉插頭  -  電源構成回路，使電動機合閘起動，合閘后雖然 QF1 常閉點斷開，但真空開關已處于合閘位置，只有待人工按 SB2 停機按鈕，才能停下來。     更換破損導線并固定好后，故障排除。從此例故障看出，檢修工作中導線不固定好，也