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摘要：针对发电厂运行中一起高压电动机差动保护电流互感器二次线绝缘损坏造成的电动机差动保护误动作，从差动保护动作电流、动作时间及故障记录，详细的分析了其动作原因，并提出了事故判断的有力依据，采取的防范措施等。

关键词：电动机  差动保护  接地  误动

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（含2000kW）以下、具有六个引出线的重要电动机，当电流速断保护不能满足灵敏度的要求时，也装设纵差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。主要保护电动机及电缆相间及接地等保护区内短路故障，对被保护范围区外故障引起区内电流变化的电动机差动保护不动作。在设备运行中用于差动保护电流互感器二次线绝缘损坏、接线松动等原因形成的电流分流也会造成差动保护动作。本文重点分析了一起因差动保护电流互感器二次线绝缘损坏造成的电动机差动保护误动作。

1 事件经过

2013年5月16日13时47分，#2机A电动给水泵跳闸，B电动给水泵联锁启动正常。检查#2机A电动给水泵差动保护装置动作，故障报文显示：C相比率差动保护动作，A相差动电流（Icda）0.09A、B相差动电流（Icdb）0.01A、C相差动电流（Icdc）1.34A，A相制动电流（Izda）2.85A、B相制动电流（Izdb）2.86A、C相制动电流（Izdc）2.16A，动作时间0.1s。从报文中看出，C相差动电流值达到1.34A，超过差动保护定值1.04A，保护动作出口，开关跳闸。

2 检查经过

2.1对#2机A电动给水泵电动机进行绝缘电阻、直流电阻、直流泄露、交流耐压试验，试验结果合格。

2.2对电动机高压电缆进行绝缘电阻、直流泄露试验，试验结果合格；对开关侧及电动机中性点侧电流互感器进行绝缘电阻、变流比、伏安特性、交流耐压试验，试验结果合格；对开关侧过电压保护器进行绝缘电阻测试、过电压动作值测试，试验结果合格。

2.3对电动机差动保护装置进行校验，试验结果合格。

2.4对差动保护电流二次回路进行绝缘电阻测试、通流试验，试验合格。检查电流回路接线紧固、无松动现象，检查电动机中性点处电流电缆穿出管线处有人为踩踏迹象，剥开电缆外蛇形管，发现电缆线有损伤，损伤严重线芯为电动机中性点电流互感器二次电流C相中性点N端电缆线芯，后对损伤电缆进行了绝缘处理。如图1所示电动机中性点处电流电缆。

3 差动保护动作原理

差动保护的基本原理为检测电动机始末端的电流，比较始端电流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流为0，即流入电动机的电流等于流出电动机的电流。当电动机内部发生短路故障时，二者之间产生差流，启动保护功能，出口跳电动机的断路器。采用分相比差流方式。

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比的两组电流互感器1LH和2LH，并满足10%误差曲线要求。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差动保护装置，在差动继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次电流之差。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。图2所示为电动机差动保护原理接线图。

本厂采用的继电保护装置为CSF206GA电动机差动保护装置②；差动保护逻辑原理图见图4；电动机差动保护整定定值单见表1；差动保护功能包括如下内容：

3.1电流差动速断保护

差流速断保护主要是为了在电动机差动区内发生严重短路故障时快速切除电动机或电抗器，以确保电动机或电抗器的安全。为了保证装置的正确动作，速断电流的定值应按以下原则选取：

◆ 躲过电动机投入或区外故障切除时可能产生的最大不平衡电流

◆ 躲过电动机差动区外端部故障时穿越电流造成的最大不平衡电流.

◆ 以上电流按基波值选取.一般取6—12倍电动机或电抗器进线端的二次额定电流。

3.2电流比率差动保护

3.2.1比率差动原理

本装置采用常规比率差动原理，动作判据为：

Id > ICD 当 Ir<IB

Id > ICD+KID*（Ir-IB）  当Ir≥IB

程序中依次按每相判别，当满足以上任何一个条件时，比率差动单元动作。

式中： Id为动作电流，Id=|Ih+Il|，Ih、Il分别为同相的高压侧、低压侧电流

Ir为制动电流，Ir=1/2|Ih-Il|

ICD为差动电流动作门槛定值

IB为比率制动特性拐点电流定值

KID为比率制动系数

上述幅值计算均采用了全周付氏算法。当电动机启动时，电动机端和末端不平衡电流引起差动保护误动作，从软件上提供了比率差动保护整定值自动加倍的功能，在启动时使差动电流门槛值和比率制动斜率自动加倍。图3比率差动动作区域图。

3.2.2 CT断线闭锁

如果不采用有效措施，当CT断线时，差动保护可能会误动作。电流互感器均接成Y型，这种接法使一次电流互感器接线简单，减少了现场CT接错的可能；也优化故障的电流分布，简化了CT断线的判别.

所有相别的电流中有一相无流

存在一相差流大于40%Icd（差动电流门槛定值）

同时满足以上两个条件时判为该相CT断线。

CT断线判断可用于闭锁保护，也可只发信号，由软压板投退。

当二次相高压侧电流大于Tct（开放CT断线闭锁定值）时，不管CT 断线闭锁差动是否投入，CT断线都不闭锁保护。

3.2.3差流越限告警

正常情况下，监视各相差流，如有异常，发告警信号。主要用于进线端和出线端的接线接错时，又不至于引起跳闸时，发出告警信号，通知现场工作人员调整接线。

判据如下：

◆ 差流越限告警软压板投入

◆ 各相差电流 > 差流越限告警定值

◆ T > 差流越限告警时间定值

3.2.4差动电流门槛定值ICD的整定

ICD为差动保护最小动作电流值，应按躲过正常额定负载时的最大不平衡电流整定，工程实用整定计算中一般选取ICD=（0.3～0.6）Ie，并应实测最大负载时差回路中的不平衡电流。Ie为进线端的二次额定电流。

3.2.5制动特性拐点电流IB的整定

通常取IB=Ie，Ie为进线端的二次额定电流。因在负荷电流以下，电流互感器误差很小，此时ICD>Ibp，无制动作用时保护也不会误动。 当制动系数KID确定后，为保证实际制动特性始终处于整定的制动特性折线上方，应使ICD/IB≥ KID或 ICD≥KID*Ie，KID一般取0.3---0.7。

4 原因分析

4.1理论分析

差动保护误动主要有以下几种原因：

（1）二次侧负载在流过短路电流下不能满足CT10%误差曲线的要求。

从试验结果看到，互感器二次绕组伏安特性满足10%误差曲线的要求。

（2）CT不同型号引起的误差。

开关侧电流互感器型号为：LZZBJ9—10，差动二次绕组：级别，5P10，负荷容量40VA。中心点侧电流互感器型号为：LZZBJ9—10，差动二次绕组：级别，10P15，负荷容量40VA。型号相同，二次负荷容量相同。

（3）CT本身存在误差。

指互感器铁芯饱和程度对不平衡电流的影响。实测正常运行时互感器的不平衡电流约0.02-0.06A。在合格范围内。

（4）CT二次回路接线错误。

设备已运行6年，均正常，未进行过线路改造。

（5）差动保护二次电流回路有两点或多点接地方式。

按照《GB/T 14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程》规定，“电流互感器的二次回路必须有且只能有一点接地”的要求，电流互感器二次回路有一点接地，是为了保证人身和设备的安全，同时又是继电保护正确动作的基础条件。电厂内同一接地网络之间并非绝对等电位面，在不同点之间会出现电位差。当有较大的接地电流注入地网时，各点间可能会有较大的电位差差值，此时不同接地点之间的电位差将在电流线圈中产生极大的额外电流，产生的电流将流入保护装置，影响差动保护装置动作的准确性甚至使之误动。

从图1中看出，中性点电流互感器二次回路C相中性点N端电缆线芯有损伤。存在损伤后电缆线芯接地的可能性，如果存在接地，应为受损伤的C相中性点N441处接地，此时差动保护二次回路为两点接地运行状态。

4.2计算分析

（1）我厂电动给水泵电动机差动保护动作原理，如图5所示：

电动机差动保护为电动机内部短路的保护，当电动机内部发生某些短路性故障的时候，在电动机两侧的电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差动电流，达到差动定值条件时，跳开电动机断路器，起到减小电动机损坏的保护作用。

图5中， Id为差动动作电流，Id=|Ih+Il|，Ih、Il分别为同相的开关侧、中心点侧电流

Ir为制动电流，Ir=1/2|Ih-Il|

Icd为差动电流动作门槛定值（1.04A）

Icdsd为差动电流速断动作门槛定值（20.8A）

Ib为比率制动特性拐点电流定值（3.47A）

KID为比率制动系数（0.5）

当制动电流Izd小于比率制动特性拐点电流定值Ib时，因此在此范围内，只要差动电流Icd大于差动电流动作门槛定值时，差动保护动作；当制动电流Izd大于比率制动特性拐点电流定值Ib时，此时保护开始进行比率制动运算，曲线抬高，此时只有当差动电流在比率制动曲线以上时保护才动作。图4中红点为此次事件的动作点，为第一种差动保护动作现象。

（2）按照电动机差动保护的原理，此时若为内部（电动机或电缆）短路故障，开关侧电流Ih和中性点侧电流Il将为流入大小相同、相位不同的故障点的短路电流，根据制动电流=1/2|Ih-Il|公式计算，此时的制动电流应为大于比率制动特性拐点电流定值（3.47A）的电流值，而本次事件的制动电流动作值为2.16A，不符合电动机差动保护内部电流故障的动作逻辑。

根据本次动作事件报文：C相差动电流（Icdc）1.34A，A相制动电流（Izda）2.85A、B相制动电流（Izdb）2.86A、C相制动电流（Izdc）2.16A

套入公式Icd=|Ih+Il|，Izd=1/2|Ih-Il|，按照无内部短路故障时相位相同进行计算，

得出开关侧电流Ih=2.83A，中性点侧电流Il=1.49A，可看出开关侧电流Ih为当时电动机运行电流，换算至电动机一次侧电流应为342A（CT变比600/5×Ih），此时理论上中性点侧电流Il也应为2.83A，却形成了1.34A的差动动作电流值。

此种现象只有电流二次回路分流造成开关侧、中心点侧电流大小不同，但相位又相同的不平衡电流，此不平衡电流达到差动电流动作值时，保护动作。（由于本保护装置无故障录波功能，故对电流相位只能为理论计算分析，同时本保护装置无二次谐波制动功能，故对此处不进行论证）。

结论：根据试验及理论、计算分析，可判断#2机A电动给水泵电机中性点C相电缆被踩踏后，造成差动保护二次回路为两点接地运行状态，此时开关侧接地点为等电位完全接地方式，中性点侧C相接地为靠近电缆埋管的不完全接地方式，在两个接地点之间存在很大的地电位差，此电位差将在继电保护装置电流线圈中产生极大的额外电流，该电流造成了差动保护误动。

5 防范措施

5.1检修人员应在技术监督及保护定检工作中要加强二次回路绝缘电阻测试等检查工作.

5.2人为因素造成二次回路事故很难调查，因为责任人总是想隐瞒真相，应在生产现场主机、主要辅机设备加装摄像头，实现生产设备监控系统全覆盖，避免人为因素造成设备误动。

5.3对厂内电气设备接地进行严格排查，尤其对设备电缆埋管、设备外壳、电缆桥架等定期进行接地电阻导通测试。

5.4加强生产现场检修、运行人员的设备成品保护意识，尤其加强对生产现场外协施工人员及保洁维护人员的技术交底及监督，避免人为因素造成设备误动。

参考文献：

【1】毛锦庆  赵子刚  马杰等，电力系统继电保护实用技术问答第二版【M】，中国电力出版社，1997年.

【2】王维俭，电气主设备继电保护原理及应用【M】，整改电力出版社.

【3】刘天海，二次回路两点接地引起差动保护误动故障分析及处理【J】，电力技术，2010，3.

作者简介：朱晓军（1973），男，从事电厂电气设备继电保护、高压试验技术管理工作