摘要：差动保护是大型高压电气设备广泛采用的一种保护方式，2000kW以上的高压电动机一般采用差动保护，或2000kW以下，具有六个引出线的重要电机，当电流速断保护不能满足灵敏度的要求时，也装设差动保护作为相间短路的主保护。差动保护基于被保护设备的短路故障而设，快速反应于设备内部短路故障。本文结合实例就差动保护在高压电机中产生误动进行分析。
关键词：高压电机；差动保护；电流互感器
1基本原理
差动保护的基本原理为检测电机始末端电流，比较电机始端和末端电流的相位和幅值的原理而构成的。正常情况下二者的差值为零，即流入电动机的电流等于流出电动机的电流，保护不动作。当电动机内部出现短路故障时，二者产生差值，启动保护功能。为了实现这种保护，在电动机中性点侧与靠近出口端断路器处装设同一型号和同一变化的两组电流互感器TA1和TA2。两组电流互感器之间，即为纵差保护的保护区。电流互感器二次侧按循环电流法接线。设两端电流互感器一、二次侧按同极性相串的原则相连，即两个电流互感器的二次侧异极性相连，并在两连线之间并联接入电流继电器，在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次电流I•12与I•22之差。继电器是反应两侧电流互感器二次电流之差而动作的，故称为差动继电器。
在中性点不接地系统供电网络中，电动机的纵差保护一般采用两相式接线，用两个BCH-2型差动继电器或两个DL-11型电流继电器构成。如果采用DL-11型继电器，为躲过电动机启动时暂态电流的影响，可利用出口中间继电器带0.1S的延时动作于跳闸。如果是微机保护装置，则只需将CT二次分别接入保护装置即可，但要注意极性端。
2差动保护误动的原因及措施
①差动保护的电流整定值计算不恰当，即差动保护的电流整定值小于电机启动的峰值电流。因为在电机启动过程中，其峰值电流最高可达电机额定电流的6～8倍，也就是电机在未完全启动的状态下，差动保护就开始动作，造成电机启动失败。②电机启动瞬间存在暂态峰值电流，而使电机首尾两端的电流不平衡，即电机两端的电流互感器二次侧电流不平衡，从而使差动保护动作。其主要原因是差动保护动作的时间没有躲过电机的启动时间。③电机首尾两端的电流互感器负载不平衡。在实际安装过程中，高压开关柜与电机中性点柜距离很长，即电机两端的电流互感器距离很远，因为动力电缆长度不同，它的阻值也不同，这就造成电机两端的电流互感器负载不同，就会产生不同的负载电流，即电机两端电流互感器二次侧电流存在差值，从而导致差动保护误动。
可采用以下几种方法来减少和防止电动机启动时差动保护的误动作。
①提高差动动作电流和差动制动系数，但这样会降低保护在正常工作时的灵敏度.在灵敏度要求不高的情况下，可以适当提高差动动作电流和差动制动系数来降低差动保护误动的几率。②降低电动机中性点侧电流互感器的二次负载。通过增大二次电缆的截面积来减少回路阻抗对于减少TA二次负载有很大帮助。③在设计时，使用容量更大的TA。对于已经安装且无法更换TA的情况，可将中性点侧电流互感器的一组备用绕组与原绕组顺向串联，使中性点侧容量增大。④选用二次电流较小的TA。由于TA的二次负载与二次电流的平方成正比，所以TA的变比对二次负载的影响很大。
3实例分析
某公司节能技术改造项目新增6台2350kW的高压电动机，按照规范要求须设置差动保护，电机启动方式为变频器0速启动到50Hz切换至工频。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆选用的微机综合保护装置是南瑞继保PCS-9627，PCS-9627变频电动机保护是适用于3~10kV电压等级的中高压变频电动机的保护测控装置，这种装置能够自适应现场磁平衡、普通差动等多种情况，能够适应变频电动机大范围频率变化的运行工况，保护装置频率运行范围可在20～60Hz之间。
这6台高压电机在设备调试阶段，其中一台电机出现差动保护动作情况，事故跳闸后，6kV厂用母线系统运行正常，测电机绝缘良好，通过极性试验极性正确，校验保护定值正确。结论断定“差动接线正确”再次送电启动电动机，上述现象再次发生。
3.1电机启动过程中差动保护误动作原因分析
在该公司的节能技术改造项目中，风机配套电动机功率为2350kW，额定电压6kV，额定电流261.2A，电机差动保护所使用的电流互感器均为LZZBJ9-10A1型，保护级为10P10，电流变比为300/5。设计时考虑到安装体积（空间狭小）问题，差动保护电流互感器容量选用的是15VA，一组装在电机尾部中性点接线盒内，一组装设在高压开关室的高压变频器的切换柜内。本项目风机电机的启动方式为变频启动，控制方式为V/F，由公式：E1=4.44fNφm，可知变频器在低频低压启动时，可以维持φ在一定的范围内变化，所产生的差流也随之在一定范围内变动。
在设备安装完成，第一次调试启动时，靠近高压开关室的电机，有的启动差流值很小，也有启动过程中差动保护动作跳闸的，而且时间极短，调试人员迅速进行校线，试验，发现是互感器极性错误，调整接线后，再次启动差流数值很小，电机平稳开启成功；而距离开关室最远的一台2350kW电机启动过程中经常差动保护动作跳闸，很难躲过差流限值。经检查接线、试验数据及设定定值均正确。调试人员仔细分析原因。
3.2误动原因分析
差动互感器一端设置在电机的尾端中性点处，另一端设置在高压变频器的切换柜内，本次项目差动保护两侧所选互感器的型号虽然一样，但两侧的负载却存在较大差异，中性点侧电流互感器的负载比开关柜测的电流互感器大的多，在启动时达到的饱和程度要比开关侧CT的二次负载快，CT本身特性也会存在一定的差异，电机在启动时处于暂态状态，差动保护两侧CT不同时饱和，差动回路中就会出现较大的不平衡电流，由于差动保护速度很快，极有可能引起差动保护动作。项目现场，电动机的装设地点最远距离高压开关室有110米，连接中性点侧电流互感器的电缆达140米长，来回长度达280米，差动电流互感器的二次侧均采用的是2.5mm2铜芯电缆，线阻对应长度成比例增加，有可能使中性点处电流互感器二次负荷超过其额定负载，引起电流互感器测量值误差增大，而直接导致差动保护误动作。
3.3差动保护误动解决方法
为了解决这一问题，并结合现场情况，调试人员首先检查互感器接线是否正确，极性是否接反，电缆绝缘是否满足要求，保护整定值是否正确，排除了这些因数之后，分析互感器的工作特性，估计是回路电阻相差太大造成的，而降低电动机中性点侧电流互感器二次侧的电阻抗，可采用：增大电流回路截面积或选用变比数值更大的电流互感器等方法。项目现场，没有比值更大的合适的电流互感器，有4mm2的常规铜芯电缆，调试人员立即在电机尾部CT增设一根4mm2电缆，并将所有的导线接头重新复紧。再次启动电机，观察差流数值，数值较增设电缆前启动时的动态数据小了很多。并能躲过设定的差动门槛电流，电机启动成功。经过现场多次试验以及近期设备的运行，差动保护没有出现误动情况。
4结语
纵联差动保护作为大中型电机的主保护，纵联差动保护在电动机启动动过程中经常误动。其是否安全可靠，直接决定了电动机能否安全运行，生产能否顺利进行。因此在使用差动保护时一定要充分考虑，合理设计。
参考文献：
[1]电动机差动保护误动分析与改进措施[J].石生旺.电气技术.2017（06）
[2]高压电动机变频差动保护改造[J].王济娟.吉林电力.2014（04）
论文作者:于化星
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/1
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