10kV高壓電機常見的故障類型

在工業企業的生產過程中，10kV高壓電機的使用能夠發揮非常重要的作用，它能否保持安全正常的運行會直接影響到電力系統的穩定工作，決定了電能的質量優劣程度。與此同時，10kV高壓電機本身就很貴重，在電力系統中有必要采取有效的措施確保其能夠保持正常運行。

所以，在10kV高壓電機運行時出現的各種故障，通過裝設保護裝置，及早消除故障隱患，防止不正常運行時間過長導致高壓電機出現燒毀等嚴重問題。

通常10kV高壓電機出現的幾種故障類型有：

（1）定子繞組出現單相接地或者相間短路的問題；（2）定子一相繞組當中發生匝間短路問題；（3）轉子勵磁回路產生的勵磁電流消失或者出現轉子繞組一點或兩點接地的問題。

除此之外，10kV高壓電機通常出現的不正常運行狀態主要包括下述幾種情況：

（1）由于外部短路現象造成定子繞組出現過電流問題；

（2）由于外部出現不對稱短路現象或者不對稱負荷問題導致電機負序出現過電流現象；

（3）由于負荷超出了電機額定容量導致三相對稱發生過負荷問題；

（4）由于出現突然復合現象導致定子繞組出現過電流問題；

（5）由于汽輪機主汽門的關閉導致電機發生逆功率問題；

（6）由于勵磁回路發生故障或者強勵持續時間過長導致轉子繞組出現過負荷問題。

10kV高壓電機的保護方式

對于1MW電機及1MW以上的電機來說，在出現定子繞組以及定子繞組發生相間短路現象時，需要安裝設置縱差動保護；

對于與母線直接相連的電機定子繞組在單相接地的過程中出現的故障，如果單相接地故障電流超出了規定范圍，需要安裝設置具有選擇功能的接地保護裝置；

如果電機定子繞組出現匝間短路問題，每組當中都有并聯分支，就需要安裝設置橫差保護；對于200MW以上的電機還可以考慮安裝設置雙重化橫差保護；

（4）如果是電機外部短路的原因導致出現過電流問題，則可以采取下述保護措施進行解決：

• 1)一般對于1MW電機及1MW以下的小型電機來說，可以采取過電流保護措施；
• 2)如果是由對稱負荷等原因造成的電機定子繞組過電流問題，就需要安裝設置在一相電流上接設的過負荷保護；
• 3)通常在1MW以上的小型電機中，可以通過啟動復合電壓進行過電流保護；
• 4)對于1MW以上的電機需要安裝設置專門的勵磁回路一點接地來完成保護，并可以在此基礎上安裝設置定期檢測裝置；
• 5)如果是由于外部不對稱短路現象或者不對稱負荷問題導致的負序過電流，就需要在50MW的電機或者50MW以上的中型電機上采取過電流保護措施；
• 6)通常在50MW電機及50MW以上的電機中，可以使用負序過電流保護；
• 7)對于低壓過流保護來說，由于其帶有電流記憶，因此可以在自并勵電機中使用；
• 8)如果水輪電機定子繞組出現過電壓的問題，需要安裝設置延時過電壓保護裝置；
• 9)對于100MW電機及100MW以上的電機，如果出現轉子回路過負荷問題，需要安裝設置轉子過負荷保護裝置；
• 10)如果電機出現了勵磁消失的故障，無法繼續保持失磁運行，需要在斷開自動滅磁開關的同時將斷路器也斷開；對于100MW電機及100MW以上的電機，如果其采用半導體勵磁，則需要安裝設置能夠直接反映出電機失磁狀態的專用失磁保護裝置；
• 11)如果汽輪電機主汽門出現了突然關閉問題導致電機運行發生異常，為了避免對汽輪機造成損壞，需要對200MW電機及200MW以上的汽輪電機以及燃氣輪電機安裝設置逆功率進行保護；
• 12)對于300MW電機及300MW以上的大型電機，需要安裝設置過勵磁保護裝置進行保護。

10kV高壓電機保護裝置的整定計算方法

1 速斷保護

速斷保護通常分為兩種狀態，一種為起動前狀態，另一種為正常運行狀態。在計算起動前速斷電流定值時采用的公式為Idz=KkKjxKqIM/nl。

在公式中，Kk表示可靠系數,一般數值大小控制在1.4～2.0之間；Kjx表示接線系數，在接相電流和接相電流差中分別取值為1.0和1.732；Kq主要表示電動機起動時的電流實際倍數；IM表示電動機的額定電流；nl主要表示電流互感器變比。在正常運行狀態中，我們可以根據2～6倍IM/nl的值對速斷電流定值Idz進行整定。

2 過流保護

過流保護主要分為兩部分，一種是定時限過流保護，還有一種是反時限過流保護。在電機完全起動之后，定時限過流保護能夠自動投入，其定值計算公式為Idz·j=KkKjxIM/nl，在這當中Kk的值可以控制在1.2～1.4之間。

另外，反時限過流保護曲線需要根據相關標準進行繪制，主要有三種選擇，分別是一般反時限、非常反時限以及極端反時限等。

三者之間的函數關系通常為：一般反時限t≥0.14/[(I/Iset)0. 02-1]；非常反時限t≥13.5/(I/Iset-1)以及極端反時限t≥80/[(I/Iset)2-1]。在公式中，t表示時間；I表示電機運行過程中的實際電流；?表示反時限延時常數；Iset主要代表反時限過電流整定值。如圖1所示。

圖1　反時限曲線圖

3 堵轉保護

如果負載的負荷性質屬于長時間起動負荷，那么就需要起動堵轉保護。如果實際電流超出了堵轉電流規定的整定值，并且時間也超出了整定延時，那么就會作用于跳閘。所以，在實際運行中應該保證電機實際起動時間略短于整定延時的時間。

4 過熱保護

過熱保護能夠避免轉子由于負序電流過熱導致電機的損壞，一般分為兩種狀態，一種是告警，另一種則是跳閘。電機運行出現故障時該保護會起動。

5 起動時間過長保護

電機在正常起動之后一般都會在額定電流附近進行運行，如果起動時間過長，并且運行狀態下的電流值仍然較大，在達到設定好的時間之后該保護就會自動開始動作。所以，通常電流定值都在電機額定電流的1.5～2倍之間，時間定值通常都在電機起動時間的1.5～2倍之間。

6 負序過流保護

負序過流保護主要是由負序電流、正序電流以及短延時共同構成的，在正常運行狀態下不需要起動。而該保護裝置在起動之前會自動對故障進行判斷，常見的故障主要有：在電動機一相起動的過程中，正序電流和負序電流只達到了正常起動電流的一半，整定值通常都小于負序電流，這時可以將其立即作用于跳閘。

在電動機發生二相短路的時候，電源流到故障位置處的電流就是負序電流，而電機和故障點二者正序電流之和則為正序電流，在這一狀態下，該保護的靈敏度也相對較高。在正常運行的過程中如果出現一相斷線的問題，那么正序電流與負序電流是一致的，但是小于1.2倍額定電流，這時可以通過利用正序電流的定值來有效避免保護區外發生一相斷線的問題，避免該保護跳閘。

在出現外部二相短路的情況時，電機的正序反饋電流以及負序反饋電流都比較大，為了避免該保護出現其他動作，則應該將其動作時間有效的控制在0.2 s以上。

7 差動保護

在對大電機進行差動保護的過程中通常都采用自平衡差動保護，在電機當中通過安裝設置磁平衡電流互感器，把完成差動的信號發送到危機綜合保護裝置即可。該方法具有較高的可靠性和靈敏度，接線操作較為簡單，通常要將差動電流告警控制在0.5～1.0 A之間。

本文編自《電氣技術》，標題為“10kV高壓電機保護原理及整定計算”，作者為張君善、李強。