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  • 頭條10kV高壓電機常見故障、保護方式及整定計算方法
    2021-11-08 作者:張君善 李強  |  來源:《電氣技術》  |  點擊率:
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    導語作者通過對10kV高壓電機常見的幾種故障進行分析,在保護原理的基礎上通過采取幾項有效的保護措施,并采取整定計算的方法,實現(xiàn)對電機的有效保護。如果能嚴格按照上述保護方法以及整定計算,可以通過堵轉(zhuǎn)保護、速斷保護以及差動保護等多種方式在最短的時間內(nèi)消除故障,確保10kV高壓電機保持可靠穩(wěn)定的運行。

    10kV高壓電機常見的故障類型

    在工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程中,10kV高壓電機的使用能夠發(fā)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(tǒng)的穩(wěn)定工作,決定了電能的質(zhì)量優(yōu)劣程度。與此同時,10kV高壓電機本身就很貴重,在電力系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)燒毀等嚴重問題。

    通常10kV高壓電機出現(xiàn)的幾種故障類型有:

    (1)定子繞組出現(xiàn)單相接地或者相間短路的問題;(2)定子一相繞組當中發(fā)生匝間短路問題;(3)轉(zhuǎn)子勵磁回路產(chǎn)生的勵磁電流消失或者出現(xiàn)轉(zhuǎn)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(xiàn)的不正常運行狀態(tài)主要包括下述幾種情況:

    (1)由于外部短路現(xiàn)象造成定子繞組出現(xiàn)過電流問題;

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

    (3)由于負荷超出了電機額定容量導致三相對稱發(fā)生過負荷問題;

    (4)由于出現(xiàn)突然復合現(xiàn)象導致定子繞組出現(xiàn)過電流問題;

    (5)由于汽輪機主汽門的關閉導致電機發(fā)生逆功率問題;

    (6)由于勵磁回路發(fā)生故障或者強勵持續(xù)時間過長導致轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)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(xiàn)定子繞組以及定子繞組發(fā)生相間短路現(xiàn)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(xiàn)的故障,如果單相接地故障電流超出了規(guī)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(xiàn)匝間短路問題,每組當中都有并聯(lián)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?qū)е鲁霈F(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)轉(zhuǎn)子回路過負荷問題,需要安裝設置轉(zhuǎn)子過負荷保護裝置;
    • 10)如果電機出現(xiàn)了勵磁消失的故障,無法繼續(xù)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(tài)的專用失磁保護裝置;
    • 11)如果汽輪電機主汽門出現(xiàn)了突然關閉問題導致電機運行發(fā)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(tài),一種為起動前狀態(tài),另一種為正常運行狀態(tài)。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(shù),一般數(shù)值大小控制在1.4~2.0之間;Kjx表示接線系數(shù),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(shù);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(tài)中,我們可以根據(jù)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(jù)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(shù)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(shù);Iset主要代表反時限過電流整定值。如圖1所示。

    10kV高壓電機常見故障、保護方式及整定計算方法

    圖1 反時限曲線圖

    3 堵轉(zhuǎn)保護

    如果負載的負荷性質(zhì)屬于長時間起動負荷,那么就需要起動堵轉(zhuǎn)保護。如果實際電流超出了堵轉(zhuǎn)電流規(guī)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(zhuǎn)子由于負序電流過熱導致電機的損壞,一般分為兩種狀態(tài),一種是告警,另一種則是跳閘。電機運行出現(xiàn)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(tài)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(gòu)成的,在正常運行狀態(tài)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(fā)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(tài)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(xiàn)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(qū)外發(fā)生一相斷線的問題,避免該保護跳閘。

    在出現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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。

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