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。

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。