電流互感器安裝位置對差動保護的影響分析

魏春芝

摘 要：電流差動保護一般應用于變壓器、電機及輸電線路等重要電氣設備的一種繼電保護，它具有快速切除故障、靈敏性高和高可靠性的優點。電流差動保護一般由電流互感器、二次回路、微機保護裝置及開關設備組成，其中電流互感器為其故障參數采集元件，其安裝的正確與否直接影響電流差動保護的正常運行，本文以高壓電動機差動保護為例，結合現場調試及試運經驗，對常見差動保護電流互感器安裝位置方案的優缺點進行了分析，提出了最佳配置方案，并對常見安裝位置故障進行了分析論證。

關鍵詞：高壓電動機 差動保護 電流互感器配置

中圖分類號：TM773.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（b）-0027-02

電流差動保護一般應用于變壓器、電機及輸電線路等重要電氣設備的一種繼電保護，它具有快速切除故障、靈敏性高和高可靠性的優點。電流差動保護一般由電流互感器、二次回路、微機保護裝置及開關設備組成，其中電流互感器為其故障參數采集元件，其安裝的正確與否直接影響電流差動保護的正常運行，本文以高壓電動機差動保護為例，結合現場調試及試運經驗，對常見差動保護電流互感器安裝位置方案的優缺點進行了分析，提出了最佳配置方案，并對常見安裝位置故障進行了分析論證。

1 差動保護的原理

差動保護的基本原理為通過對電動機收尾兩側電流互感器電流分別進行差流分析，電動機正常運行時流入電動機的電流等于流出電動機的電流，電流大小相等相位相反，二者差流為0；當電動機內部發生短路故障時，流入電流不等于流出電流，二者產生差流，超過預設的保護定值后，啟動保護，保護動作，出口跳開電動機斷路器，從而實現切除故障的目的。

2 電流互感器的技術要求

差動保護用的電流互感器的技術要求為：穩態誤差應小于10%，因為整定計算中采用的不平衡穩態電流是按10%誤差條件計算；暫態誤差盡可能小，影響電流互感器暫態誤差的參數主要有：短路電流及其非周期分量、一次回路時間常數、電流互感器工作循環及經歷時間、二次回路時間常數等；收尾兩側電流互感器應選用技術特性一致，即同一廠家同一批次產品，以盡可能減小不平衡電流。因為兩側電流互感器勵磁特性不同，將產生不平衡電流，當電動機發生外部短路時不平衡電流可能達到很高的數值，忽略它很可能造成差動保護誤動如果使差動保護躲過外部短路時的不平衡電流，又會降低差動保護的靈敏性。為提高保護裝置的靈敏度，減少保護誤動作，要求選用的電流互感器技術特性一致，即同一廠家同一批次產品，以盡可能減小不平衡電流。

3 差動保護對電流互感器的安裝配置要求

目前高壓電動機差動保護均采用微機保護裝置，其正確動作的前提是保護電流互感器的正確配置。微機保護裝置對許多干擾信號十分敏感，如果保護電流互感器配置不當，很容易引起保護的誤動或拒動。正確選擇高壓電動機差動保護電流互感器配置方案，可以很大程度減小保護誤動或拒動幾率，對電力系統安全運行有著極其重要的意義。下面我們就目前常見電動機差動保護電流互感器安裝配置方案必須滿足如下要求。

（1）電動機首尾兩側均應安裝電流互感器方可構成電流差動保護；

（2）首尾兩側電流互感器之間的電氣設備為電流差動保護的保護范圍，該保護范圍應與預設計的保護范圍一致，盡可能減小保護死區范圍。

（3）配備差動保護的元件，應在元件各端口配置電流互感器，當各端口屬于同一電壓級時，互感器變比應相同，接線方式相同。

（4）為防止支持式電流互感器套管閃絡造成母線故障，電流互感器通常布置在斷路器的出線。

4 電機本體兩側安裝方式

本方案為在高壓電動機本體進線側和中性點側分別裝設一組同規格的電流互感器，接入微機保護裝置構成差動保護。

該方案由于兩側電流互感器與保護裝置的距離相等，二次負載幾乎相同，從而規避了由于兩側負載不平衡導致的差動誤動問題。

此種方案的弊端為保護范圍僅為高壓電動機本體，只能對電動機定子繞組進行了保護，繞組引出線上的相間短路故障和高壓電機電源電纜的相間故障只能依靠電流速斷保護作為主保護，速斷保護靈敏度相對較低，尤其是高壓電纜末端發生兩相短路故障時，存在保護拒動的隱患。不符合對重要設備“寧停勿損”的保護配置原則。另外，高壓電動機的短路故障多發生在高壓電纜與電動機接線柱連接處，正處在差動保護范圍之外，兩種主保護交叉的薄弱處，對設備安全可靠運行造成一定隱患。

5 “開關柜+電機本體”安裝方式

該方案為在高壓開關柜內及高壓電動機中性點側附近各裝設一組電流互感器，接入微機保護裝置構成差動保護。

該方案差動保護范圍為壓開關負荷側電流互感器及電動機中性點側電流互感器之間的所有一次設備，主要包括高壓開關負荷側電流互感器以下的短母線、高壓電纜及電動機定子繞組全部。該方案解決了“高壓電機本體”配置方案保護范圍小的缺點，目前國內大型電動機縱聯差動保護均采用的此種電流互感器配置方案。

該方案的缺點為：由于兩側的電纜回路長度不同，導致差動保護所用兩側電流互感器二次繞組所帶負載不平衡，成為導致差動保護誤動的主要原因之一。解決方案：（1）選用二次額定電流為1A的電流互感器。（2）增大電流回路電流線徑，盡量減小電動機中性點側電流互感器的二次負載。（3）在滿足設備整定原則和保證保護靈敏度的前提下，適當增大差動保護整定值的最小動作電流和比率制動系數。

6 案例

現場實際中，由于電流互感器安裝位置導致的差動保護誤動事件層出不窮，常見的有3種情況：二次回路線接線錯誤、電流互感器安裝位置錯誤、二次電纜選用錯誤。下面分別進行分析。

（1）常見的二次回路接線錯誤一般有：接入角度不對，保護裝置要求180°接線，而錯誤地接為0°，此種錯誤一般采用電流互感器二次側端子接線對調的方式解決；二次回路線路相位不對應，正確的接入方式為首端A相CT二次線對尾部U相CT二次線構成差動回路、首端B相CT二次線對尾部V相CT二次線構成差動回路、首端C相CT二次線對尾部W相CT二次線構成差動回路，實際接線不對應，導致電流差動保護誤動作。

典型的電流互感器安裝位置錯誤一般發生在電動機調整轉向后，電動機調整轉向一般采取調換一次電纜相序的方式，電動機一次電纜調整相序后二次電流回路也應采取相應的調整，否則導致電動機差動保護誤動。

二次電纜選用錯誤也經常發生，典型的錯誤為線芯橫截面積不夠，導致二次電流回路超載，從而導致差動保護誤動作，因此調試過程中一定要對電流互感器的二次負擔進行校核，發現超標時，應采用更換電流互感器容量或增加電流互感器二次回路線橫截面積的應對措施。

7 結語

通過以上對電流互感器安裝位置與電流差動保護的影響分析和論證，高壓電動機差動保護需不僅要考慮安裝位置和電流互感器規格兩方面的問題，還應對二次電流回路的正確性進行判斷。電流互感器安裝位置不僅對保護范圍產生直接影響還會對差動保護的動作正確性有直接影響；電流互感器的規格將對保護裝置的靈敏性產生影響。正確選用合適的配置方案，可以規避不必要的安全事故和經濟損失，從而確保電動機和電力系統的安全可靠運行。

參考文獻

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