磁平衡差動保護在6～?10kV大型防爆電機上的應用

周毅

摘 要：磁平衡差動保護可將電流互感器內置于電動機本體防爆接線盒中，成本低，保護靈敏，在大型防爆電機中應用越來越廣泛。本文討論了磁平衡差動保護在大型防爆電機上的應用。

關鍵詞：磁平衡差動；防爆電機；電流互感器

0 引言

石油化工企業中大量使用6～10kV大功率防爆同、異步電動機。當電機功率≥2000kW或<2000kW速斷保護無法滿足靈敏度要求時，應設置縱聯差動保護。傳統縱聯差動保護因需要將電機中性點引出并設置中性點互感器接線盒（箱），在石油化工裝置爆炸危險場所中不易設置，設置于其他非防爆場所需要增加引接的一次電纜，增加了電纜投資。磁平衡差動保護可將電流互感器內置于電動機本體防爆接線盒中，便于電機制造廠商成套供貨，在大型防爆電機中應用越來越廣泛。

1 原理及接線

磁平衡差動，又稱自平衡差動，是利用磁通平衡原理，將電機定子繞組首端U1、V1、W1及繞組末端U2、V2、W2連接導線共同穿過電流互感器TA1～TA3，正常運行時進首末端電流產生的磁通相互抵消，互感器二次側理論輸出值為0。當電機內部出線相間短路或對地故障短路時，磁平衡關系打破，互感器二次側有電流輸出至相應保護繼電器輸出保護動作命令，具體見圖1。

2 保護整定計算及靈敏度校驗

《工業與民用配電設計手冊》第3版中關于電動機縱聯差動保護整定計算適于普通縱聯差動保護，并不適用于磁平衡差動保護。根據磁平衡差動保護的接線，正常運行時磁平衡電流互感器中不平衡電流為電機各相等效對地電容電流，即Ibp=IcM（Ibp-不平衡電流，ICm-電機電容電流）。

電動機內部故障可分為單相接地短路（電機某相碰殼）、相間短路及匝間短路。假如電機內部發生單相接地短路，此時磁平衡電流互感器不平衡電流為系統電容電流。電機內部發生相間短路，短路電流值大，不平衡電流為相間短路電流，其遠比單相接地不平衡電流大。匝間短路無論何種縱差保護均無法實現保護功能。電機外部發生單相接地故障時，通過電機磁平衡電流互感器的不平衡電流為電機提供對地電容電流。電機外部發生兩相短路時，不平衡電流為電機非故障相提供對地電容電流（較外部單相接地要小）。在電機外部發生三相短路時，不平衡電流與電機正常運行情況分析相同，電流值變小甚至為零。

綜上分析，磁平衡差動保護整定應滿足2個條件：（1）躲過磁平衡差動最大不衡電流。（2）躲過電機外部單相故障時不平衡電流。故Iopk=Krel*IC∑/n（Iopk-繼電器整定值，Krel-可靠系數，取1.5，IC∑-6～10kV供電系統單相接地電容電流值，n-磁平衡互感器變比）。其靈敏度Ksen=IC∑/Krel·IcM，根據單相接地靈敏度≥1.25的要求，只要系統電容電流值大于電機電容電流值2倍以上，即可滿足要求，6～10kV系統單相接地電容一般在幾安至幾十安不等，單個電機電容電流一般不會超過1A，顯靈敏度很容易滿足要求。

3 小結

磁平衡差動保護具有投資省，靈敏度高等特點，目前已大量應用在大型防爆電動機上。但在具體使用中仍需注意一些事項。首先，目前針對磁平衡差動保護的專用微機保護較少，目前均利用傳統的微機差動保護繼電器作磁平衡差動的出口動作元件，在保護設置方面應注意相關的具體設置。其次，在保護整定大型防爆電動機距變配電所距離一般都較遠，互感器二次側引至保護的電纜較長的情況下，應對磁平衡互感器容量進行校驗。建議采用二次變比為1A的互感器，容量不小于15VA。再次，磁平衡差動保護保護范圍僅為電機本體，不像傳統的縱差保護包含了電機供電一次電纜，電纜需要設置相應的保護措施。

參考文獻

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（作者單位：四川天一科技股份有限公司）