10kV高壓電機(jī)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(jī)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(yùn)行會(huì)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?jī)?yōu)劣程度。與此同時(shí)，10kV高壓電機(jī)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(yùn)行。

所以，在10kV高壓電機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的各種故障，通過裝設(shè)保護(hù)裝置，及早消除故障隱患，防止不正常運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致高壓電機(jī)出現(xiàn)燒毀等嚴(yán)重問題。

通常10kV高壓電機(jī)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(dāng)中發(fā)生匝間短路問題；（3）轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路產(chǎn)生的勵(lì)磁電流消失或者出現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)或兩點(diǎn)接地的問題。

除此之外，10kV高壓電機(jī)通常出現(xiàn)的不正常運(yùn)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(duì)稱短路現(xiàn)象或者不對(duì)稱負(fù)荷問題導(dǎo)致電機(jī)負(fù)序出現(xiàn)過電流現(xiàn)象；

（3）由于負(fù)荷超出了電機(jī)額定容量導(dǎo)致三相對(duì)稱發(fā)生過負(fù)荷問題；

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

（5）由于汽輪機(jī)主汽門的關(guān)閉導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生逆功率問題；

（6）由于勵(lì)磁回路發(fā)生故障或者強(qiáng)勵(lì)持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)過負(fù)荷問題。

10kV高壓電機(jī)的保護(hù)方式

對(duì)于1MW電機(jī)及1MW以上的電機(jī)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(shí)，需要安裝設(shè)置縱差動(dòng)保護(hù)；

對(duì)于與母線直接相連的電機(jī)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(shè)置具有選擇功能的接地保護(hù)裝置；

如果電機(jī)定子繞組出現(xiàn)匝間短路問題，每組當(dāng)中都有并聯(lián)分支，就需要安裝設(shè)置橫差保護(hù)；對(duì)于200MW以上的電機(jī)還可以考慮安裝設(shè)置雙重化橫差保護(hù)；

（4）如果是電機(jī)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(hù)措施進(jìn)行解決：

• 1)一般對(duì)于1MW電機(jī)及1MW以下的小型電機(jī)來說，可以采取過電流保護(hù)措施；
• 2)如果是由對(duì)稱負(fù)荷等原因造成的電機(jī)定子繞組過電流問題，就需要安裝設(shè)置在一相電流上接設(shè)的過負(fù)荷保護(hù)；
• 3)通常在1MW以上的小型電機(jī)中，可以通過啟動(dòng)復(fù)合電壓進(jìn)行過電流保護(hù)；
• 4)對(duì)于1MW以上的電機(jī)需要安裝設(shè)置專門的勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地來完成保護(hù)，并可以在此基礎(chǔ)上安裝設(shè)置定期檢測(cè)裝置；
• 5)如果是由于外部不對(duì)稱短路現(xiàn)象或者不對(duì)稱負(fù)荷問題導(dǎo)致的負(fù)序過電流，就需要在50MW的電機(jī)或者50MW以上的中型電機(jī)上采取過電流保護(hù)措施；
• 6)通常在50MW電機(jī)及50MW以上的電機(jī)中，可以使用負(fù)序過電流保護(hù)；
• 7)對(duì)于低壓過流保護(hù)來說，由于其帶有電流記憶，因此可以在自并勵(lì)電機(jī)中使用；
• 8)如果水輪電機(jī)定子繞組出現(xiàn)過電壓的問題，需要安裝設(shè)置延時(shí)過電壓保護(hù)裝置；
• 9)對(duì)于100MW電機(jī)及100MW以上的電機(jī)，如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)子回路過負(fù)荷問題，需要安裝設(shè)置轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)裝置；
• 10)如果電機(jī)出現(xiàn)了勵(lì)磁消失的故障，無法繼續(xù)保持失磁運(yùn)行，需要在斷開自動(dòng)滅磁開關(guān)的同時(shí)將斷路器也斷開；對(duì)于100MW電機(jī)及100MW以上的電機(jī)，如果其采用半導(dǎo)體勵(lì)磁，則需要安裝設(shè)置能夠直接反映出電機(jī)失磁狀態(tài)的專用失磁保護(hù)裝置；
• 11)如果汽輪電機(jī)主汽門出現(xiàn)了突然關(guān)閉問題導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行發(fā)生異常，為了避免對(duì)汽輪機(jī)造成損壞，需要對(duì)200MW電機(jī)及200MW以上的汽輪電機(jī)以及燃?xì)廨嗠姍C(jī)安裝設(shè)置逆功率進(jìn)行保護(hù)；
• 12)對(duì)于300MW電機(jī)及300MW以上的大型電機(jī)，需要安裝設(shè)置過勵(lì)磁保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)。

10kV高壓電機(jī)保護(hù)裝置的整定計(jì)算方法

1 速斷保護(hù)

速斷保護(hù)通常分為兩種狀態(tài)，一種為起動(dòng)前狀態(tài)，另一種為正常運(yùn)行狀態(tài)。在計(jì)算起動(dòng)前速斷電流定值時(shí)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(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的電流實(shí)際倍數(shù)；IM表示電動(dòng)機(jī)的額定電流；nl主要表示電流互感器變比。在正常運(yùn)行狀態(tài)中，我們可以根據(jù)2～6倍IM/nl的值對(duì)速斷電流定值Idz進(jìn)行整定。

2 過流保護(hù)

過流保護(hù)主要分為兩部分，一種是定時(shí)限過流保護(hù)，還有一種是反時(shí)限過流保護(hù)。在電機(jī)完全起動(dòng)之后，定時(shí)限過流保護(hù)能夠自動(dòng)投入，其定值計(jì)算公式為Idz·j=KkKjxIM/nl，在這當(dāng)中Kk的值可以控制在1.2～1.4之間。

另外，反時(shí)限過流保護(hù)曲線需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪制，主要有三種選擇，分別是一般反時(shí)限、非常反時(shí)限以及極端反時(shí)限等。

三者之間的函數(shù)關(guān)系通常為：一般反時(shí)限t≥0.14/[(I/Iset)0. 02-1]；非常反時(shí)限t≥13.5/(I/Iset-1)以及極端反時(shí)限t≥80/[(I/Iset)2-1]。在公式中，t表示時(shí)間；I表示電機(jī)運(yùn)行過程中的實(shí)際電流；?表示反時(shí)限延時(shí)常數(shù)；Iset主要代表反時(shí)限過電流整定值。如圖1所示。

圖1　反時(shí)限曲線圖

3 堵轉(zhuǎn)保護(hù)

如果負(fù)載的負(fù)荷性質(zhì)屬于長(zhǎng)時(shí)間起動(dòng)負(fù)荷，那么就需要起動(dòng)堵轉(zhuǎn)保護(hù)。如果實(shí)際電流超出了堵轉(zhuǎn)電流規(guī)定的整定值，并且時(shí)間也超出了整定延時(shí)，那么就會(huì)作用于跳閘。所以，在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)該保證電機(jī)實(shí)際起動(dòng)時(shí)間略短于整定延時(shí)的時(shí)間。

4 過熱保護(hù)

過熱保護(hù)能夠避免轉(zhuǎn)子由于負(fù)序電流過熱導(dǎo)致電機(jī)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(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)該保護(hù)會(huì)起動(dòng)。

5 起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)

電機(jī)在正常起動(dòng)之后一般都會(huì)在額定電流附近進(jìn)行運(yùn)行，如果起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，并且運(yùn)行狀態(tài)下的電流值仍然較大，在達(dá)到設(shè)定好的時(shí)間之后該保護(hù)就會(huì)自動(dòng)開始動(dòng)作。所以，通常電流定值都在電機(jī)額定電流的1.5～2倍之間，時(shí)間定值通常都在電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的1.5～2倍之間。

6 負(fù)序過流保護(hù)

負(fù)序過流保護(hù)主要是由負(fù)序電流、正序電流以及短延時(shí)共同構(gòu)成的，在正常運(yùn)行狀態(tài)下不需要起動(dòng)。而該保護(hù)裝置在起動(dòng)之前會(huì)自動(dòng)對(duì)故障進(jìn)行判斷，常見的故障主要有：在電動(dòng)機(jī)一相起動(dòng)的過程中，正序電流和負(fù)序電流只達(dá)到了正常起動(dòng)電流的一半，整定值通常都小于負(fù)序電流，這時(shí)可以將其立即作用于跳閘。

在電動(dòng)機(jī)發(fā)生二相短路的時(shí)候，電源流到故障位置處的電流就是負(fù)序電流，而電機(jī)和故障點(diǎn)二者正序電流之和則為正序電流，在這一狀態(tài)下，該保護(hù)的靈敏度也相對(duì)較高。在正常運(yùn)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(fù)序電流是一致的，但是小于1.2倍額定電流，這時(shí)可以通過利用正序電流的定值來有效避免保護(hù)區(qū)外發(fā)生一相斷線的問題，避免該保護(hù)跳閘。

在出現(xiàn)外部二相短路的情況時(shí)，電機(jī)的正序反饋電流以及負(fù)序反饋電流都比較大，為了避免該保護(hù)出現(xiàn)其他動(dòng)作，則應(yīng)該將其動(dòng)作時(shí)間有效的控制在0.2 s以上。

7 差動(dòng)保護(hù)

在對(duì)大電機(jī)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)的過程中通常都采用自平衡差動(dòng)保護(hù)，在電機(jī)當(dāng)中通過安裝設(shè)置磁平衡電流互感器，把完成差動(dòng)的信號(hào)發(fā)送到危機(jī)綜合保護(hù)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(jiǎn)單，通常要將差動(dòng)電流告警控制在0.5～1.0 A之間。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“10kV高壓電機(jī)保護(hù)原理及整定計(jì)算”，作者為張君善、李強(qiáng)。