电动机差动保护整定计算实例

电动机差动保护及差动速断保护的整定计算Revised by Liu Jing on January 12, 2021电动机差动保护及差动速断保护的整定计算目前，国内生产及应用的微机型电动机的差动保护，由差动速断元件和具有比率制动特性的差动元件构成。

差动速断元件没有制动特性，实质上是差流越限的高定值元件。

与发电机差动保护一样，差动元件的动作特性为具有二段折线式的比率制动特性。

对电动机差动保护的整定计算，就是要整定计算差动元件的初始动作电流Idz0、拐点电流Izd0、比率制动系数及差动速断元件的动作电流。

1、差动元件的初始动作电流Idz0与发电机差动保护相同，电动机差动元件的初始动作电流，应按照躲过电动机额定工况下的最大不平衡电流来整定。

即：Idz0＝Krel×IHeδmax＝Krel （K1+K2)INIHeδmax－最大不平衡电流Krel－可靠系数，取1.5~2IN－电动机的额定电流K1－两侧TA变比误差，由于电动机的TA通常精度较低，可取0.1。

K2－通道调整及传输误差，取0.1。

综上所述，得Idz0＝（0.3~0.4）IN，实取0.4IN（TA二次值）。

2、拐点电流Izd0在厂用电压切换的暂态过程中，由于电动机两侧差动TA二次回路中的暂态过程不一致，将在差动回路产生较大的差流。

因此，为防止电动机差动保护误动，应减少拐点电流。

为此拐点电流可取Izd0＝（0.5~0.6）IN。

（TA二次值）3、比率制动系数KZ电动机的启动电流很大，最大启动电流高达电动机额定电流的8倍以上。

另外电动机电源回路上发生短路故障时，电动机将瞬间供出较大的电流。

为了防止在上述过程中差动保护误动，差动元件的比率制动系数KZ应按躲过电动机启动及电源回路故障时产生的最大不平衡电流来整定。

KZ=Krel×（IHeδmax/Imax）Krel－可靠系数，取1.15~1.2IHeδmax－最大不平衡电流，它等于（K1+K2+K3)ImaxImax－电动机启动或电源回路故障时电动机的最大电流，取8IN。

孟加拉锡莱特150MW简单循环燃气工程继电保护定值计算书陕西超越电力科技有限责任公司2011年9月西安批准：审核：校核：编制：目录第一章短路电流计算 (1)第二章主变保护整定计算 (9)第三章高厂变保护定值计算 (14)第四章低厂变保护整定计算 (18)第五章6kV 电动机保护计算 (20)第六章隔离变SFC保护定值计算 (21)第七章励磁变保护定值计算 (23)第八章保护定值清单 (24)第九章保护出口说明 (29)第一章短路电流计算计算基本条件：Sj=100MVAUj=Ue132kV母线短路容量：Sd=4500MVA1、建立阻抗网络图本站短路计算阻抗网络图其中：X S—表示系统阻抗X T—表示升压变阻抗X G—表示发电机阻抗X T1—表示高厂变阻抗X T11—表示1#低厂变阻抗X T12—表示2#低厂变阻抗2、计算各元件阻抗标幺值2.1计算系统阻抗X S错误!未找到引用源。

2.2计算升压变阻抗X T错误!未找到引用源。

2.3计算大电机阻抗X G错误!未找到引用源。

0.09 2.4计算高厂变阻抗X T1错误!未找到引用源。

0.62.5计算低厂变阻抗X T11、X T12错误!未找到引用源。

=43、计算K1点三相短路电流错误!未找到引用源。

由两部分构成，系统供给短路电流错误!未找到引用源。

和发电机供给短路电流错误!未找到引用源。

3.1计算系统供给短路电流错误!未找到引用源。

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3.2计算发电机供给短路电流错误!未找到引用源。

短路阻抗错误!未找到引用源。

折算到发电机等值阻抗错误!未找到引用源。

查汽轮发电机运转曲线错误!未找到引用源。

3.3计算总短路电流错误!未找到引用源。

4、计算K2点三相短路电流错误!未找到引用源。

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由两部分构成，系统供给短路电流错误!未找到引用源。

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4.1计算错误!未找到引用源。

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开式循环泵额定功率：315kW，额定电流：37.8A，CT变比：75/5，另序CT变比：150/5,二次额定电流：I N＝37.8/15=2.52A保护型号：WPD-240D⒈正序保护：按躲过电动机起动电流整定：1)IS1=(K K/K R) =(1.15/0.9) I N≈1.25 I N=3.15A2)反时限跳闸电流≧2 IS1即≧6.3 A3)反时限K1值时间常数设自起动倍数为8 I N，循环泵起动时间为10S，则K1值使用的倍数：I= K K*8 I N=1.1*8 I N=8.8 I N=(8.8/1.25) IS1=7 IS1其中K K为可靠系数。

用反时限公式计算t=10s，而I/ IS1=7的K1值为：2.864）电流速断：I≧K K*8 I N=1.2*8* IS1/1.25=8 IS1=25. 2 A2、负序保护设正常运行时的负序不平衡电流Ibp2＝0.1 I N1）IS2=（K K/K R）Ibp2＝(1.3/0.9) Ibp2＝0.15 I N＝0.38A2）反时限跳闸电流≧2 IS2≧0.76 A3）K2根据厂家建议取为0.54）速断值根据厂家建议取≧8 IS2（带0.15S秒延时）取3.04A 3、零序零序电流按躲过相间短路时零序CT的不平衡电流整定：零序电流取一次电流I dz=23A （见统一计算）T=0S4.过负荷(过热)保护:根据过负荷判据: t=t1/{[K1(I1/I s)2+K2(I2/I s)2]-1}其中: t:保护动作时间(S)t1:发热时间常数I1:电动机运行电流的正序分量(A)I2: 电动机运行电流的负序分量(A)I s:电动机实际二次额定电流K1:正序电流发热系数启动时K1 =0.5，正常运行时K1 =1 ，K2=6 热告警系数取0.80根据开式循环泵启动时间T=10S 取t1=3105低电压保护根据电动机自启动的条件整定: U dz=U min/K k* K fU min:保证电动机自起动时，母线的允许最低电压一般为（0.65～0.7）U eK k:可靠系数，取1.2K f：返回系数，取1.2U dz= U min/K k* K f＝65％U e/ K k* K f=65％*100/1.2*1.2=45(V)允许电机自起动整定时间T=10.0低电压保护动作时间9秒。

一. 主设备保护整定计算：1.发电机保护#1及#2发电机额定参数：发电机保护装置：DGT-801I e2=I e /1500=1031/1500=0.687A 1.1 发电机纵联差动保护： a.差动电流门槛I d0：I d0=0.3×I e2=0.3×0.687=0.206A 取0.21A. b.比例制动系数整定 K1=0.5c.拐点电流整定 拐点电流：I r1=0.5×Ie=0.5×0.687=0.343A 取0.34Ad.差动速断I sd =3.5×Ie=3.5×0.687=2.404A 取2.4A 差动速断灵敏度校验：I dmin 2为0S 两相短路电流。

发电机纵差保护定值单：1.2 发电机定子接地保护a．零序电压定值按躲过正常运行时的最大不平衡电压整定，若零序电压保护跳闸投入，当发生单相接地时保护跳闸，否则仅发告警信号。

Uzd =KK×3U3U为正常运行时的最大不平衡电压KK为可靠系数取1.2正常运行时开口三角3U在10~15V左右，但因PT特性不同，差距变大，可以现场实际测量定夺。

方法：先不投零序电压保护跳闸，机组投运后实测出3U，再输入定值。

延时可取t=9S。

发电机定子接地护定值单：1.3 发电机复合电压过流保护 a ．低电压整定按躲过发电机正常运行时可能出线的最低电压来整定 U L =0.7×Ue=0.7×100=70V b ．负序电压整定按躲过发电机正常运行机端最大负序电压。

通常取发电机额定电压的8%～10%。

U 2g =0.08×Ue=0.08×100=8V c ．发电机过流整定 Ig=r K K K ×Ie=687.095.02.1⨯=0.867A 取0.87A K K -可靠系数，取1.2～1.5；本次取1.2 K r -返回系数，取0.85～0.95；本次取0.95 时间t=0.5SK LM =46.3150087.04524I I ds 2dmin =⨯=2.1≥ 满足要求I dmin 2为1S 两相短路电流。

差动保护（DCAP3040、DCAP3041）定值整定说明说明：三圈变的整定计算原理与二圈变的整定计算原理相同，现以三圈变为例来说明差动保护的整定计算。

1、计算变压器各侧额定一次电流n n n U S i 3/=式中 S n —变压器额定容量（kV A ）（注意：与各侧功率分配无关）U n —该侧额定电压（kV ）2、计算变压器各侧额定二次电流ln /n i K I n jx n ⋅='式中 K jx —该侧CT 接线系数（二次三角形接线K jx =3，星形接线K jx =1）n ln —该侧CT 变比3、计算平衡系数设变压器三侧的平衡系数分别为Kh 、Km 和Kl ，则：（a ）降压变压器：选取高压侧（主电源侧）为基本侧，平衡系数为''=''==nlnh nm nh m h I I K I I K K //11（b ）升压变压器：选取低压侧（主电源侧）为基本侧，平衡系数为1//1=''=''=K I I K I I K nm nl m nhnl h4、保护内部计算用变压器各侧额定二次电流经平衡折算后，保护内部计算用变压器各侧二次电流分别为'='='=ll m m m h h I K I I K I Ih K I 1保护内部计算用各侧额定二次电流分别为：对降压变压器： '='='='='='=nhnl l nl nh nm m nm nhnh h nh I I K I I I K I I I K I对升压变压器： '='='='='='=nlnl l nl nl nm m nm nlnh h nh I I K I I I K I I I K I可见经平衡折算后I nh =I nm =I nl ,即保护内部计算用变压器各侧额定二次电流完全相等，都等于所选的基本侧的额定二次电流。

一、循环水泵（4台）Pe=450KW Ue=6.3KV cos∮=0.8 变比：nl=100/5=20Ie=Pe／√3×Ue×cos∮=450/(1.732×6.3×0.8)=51.55AIqd=8×Ie=8×51.5=412A（是否是循环水泵启动电流）Ie2=51.55/20=2.57A(1)速断保护（过流I段）Idzj=Kk×Iqd／nl=1.2×8Ie／nl=1.2×412/20=24.74A延时Tzd=0s(2) 过流保护（过流II段，该保护在电动机起动过程中被闭锁）Idzj=Kk×Ie／nl=1.4×Ie／nl=1.4×51.55/20=3.61A延时Tzd=0.5s(3) 过负荷Ig= Kk ×Ie2/0.85＝1.05×2.57/0.85=3.18A延时Tzd=6s(4)负序电流Idzj=Kk×Ie／nl=0.4×51.55／20=1.03A延时Tzd=0.5s(5) 起动时间tqd=15s, 电机厂家核实(6) 低电压Udzj=0.5Ue=65V延时Tzd=9s二、引风机Pe=900KW Ue=6.3KV cos∮=0.8 nl=150/5=30Ie=Pe／√3×Ue×cos∮=560/(1.732×6.3×0.8)=108.5AIqd=8I=8×108.5=868A(1).速断保护（过流I段）Idzj=Kk×Iqd／nl=1.2×8Ie／nl=1.2×868/30=34.72A延时Tzd=0s(2) 过流保护（过流II段，该保护在电动机起动过程中被闭锁）Idzj=Kk×Ie／nl=1.4×Ie／nl=1.4×108.5/30=5.06A延时Tzd=0.5s(3) 过负荷Ie2=108.5/30=5.06AIg= Kk ×Ie2/0.85＝1.05×5.06/0.85=6.25A延时Tzd=6s(4)负序电流Idzj=Kk×Ie／nl=0.4×108.6／30=1.45A延时Tzd=0.5s(5) 起动时间tqd=20s 电机厂家核实(6) 低电压Udzj=0.5Ue=65V延时Tzd=9s高压电动机的几种常规保护一、电动机主要故障1、定子绕组相间短路、单相接地；2、一相绕组的匝间短路；3、电动机的过负荷运行；4、由供电母线电压降低或短路中断引起的电动机低电压运行；5、供电母线三相电压不平衡或一相断线引起电动机三相电流不平衡；6、由于机械故障、负荷过重、电压过低造成转子堵转的故障;二、电动机主要保护类型及实现的功能基于以上电动机运行过程中本身和供电母线、负荷变化等可能引起的电动机故障，电动机（尤其对于3~10K V 等级电机）可装设以下保护，以实现对电机的保护，或可称为电动机的主要保护。

1、 发电机差动保护整定计算（1） 最小动作电流的选取I op.0=(0.1～0.3)I gn /n a 式中：I gn ——发电机额定电流 n a ——电流互感器变比 取I op.0=（0.1～0.3） I gn /n a =5/1200010190*2.0=0.85A本保护选择I dz.j =1A （2） 制动特性拐点的选择当定子电流等于或小于额定电流时，差动保护不必具有制动特性，因此，拐点1电流选择大于发电机额定电流，本保护选拐点1为5A 。

拐点2电流选择CT 开始饱和时的电流，本保护选拐点2值为40A 。

（3） 制动系数的选取按照外部短路电流下，差动保护不误动来整定。

K res.max =K rel *K ap *K cc *K er式中： K rel ——可靠系数，取1.3～1.5 K ap ——非周期分量系数，取1.5～2 K cc ——互感器同型系数，取0.5 K er ——互感器变比误差系数，取0.1 取各系数最大值，则K res.max =1.5*2*0.5*0.1=0.15考虑到电流互感器的饱和或其暂态特性畸变的影响，为安全起见，宜适当提高制动系数值，取K 1=30%，根据厂家说明书K 2推荐值为80%-100%，本保护取K 2=80%。

原保护为单斜率，定值为K1=30%。

保护动作于全停，启动快切，启动断路器失灵。

2、主变差动及速断保护整定计算（1）最小动作电流的选取按躲过变压器额定负载时的不平衡电流来整定。

I op.min=K rel(K er+△U+△m)I n/n a 式中：I n——变压器额定电流n a——电流互感器变比K rel——可靠系数，取1.3～1.5K er——电流互感器的变比误差，10P型取0.03*2，5P型和TP型取0.01*2△U——变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值）△m——由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05在工程实用整定计算中可选取I op.min=（0.2～0.5）I n/n a，一般工程宜采用不小于0.3 I n/n a。

失磁保护NAS-928B(蓝色字体为凸极功率、变励磁电压系数的计算)原理：过原点的下抛阻抗园的阻抗同发电机进相运行阻抗切线“与”经内部延时1.5秒，在没有不对称故障条件下（无负序电流）经t 1信号、t 2、出口；过原点的下抛阻抗园的阻抗同转子低压“与”的关系，经t 1、t 2、出口并信号；过原点的下抛阻抗园的阻抗（内部延时1.5秒）同系统低压“与”的关系，经t 3出口并信号。

这里用有名值st X 指主变加上系统阻抗。

注意：这里的值最后都要折算到以发电机容量为基准下的电抗值。

按《大型发电机变压器保护整定导则》要求，B X =-TVTA gn gn d n n S U X 2，考虑《导则》且用不饱和值计算。

A X =0，B X =-TV TA gn gn d n n S U X 2=-105250104705.16)105.10(017.1623⨯⨯=-16.2（Ω） 半径：r X =21B X =8.1（Ω），圆心坐标（0，-8.1Ω）（没有用静稳园和异步园） 机端低线电压：（0.85～0.9）gn U ，取85V负序电流闭锁定值：op I .2=gn aI n I ∞*-.2)4.12.1(=6.90525012.0)4.12.1(-=0.52-0.61A ，取0.6A 发电机额定视在功率的二次值：e S =TA TV n n S 1)(1一次=512501.05.10104705.166⨯=627VA 发电机额定有功功率的二次值：2P =TA TV n n P 1)(1一次=512501.05.1010146⨯=533W 当fd U ≤0,fd U ，转子低电压按初始动作值：（0.6-0.8）0,fd U =0.8×72=57.6V （转子低电压）fd U ＞0,fd U ，按变励磁低电压动作特性曲线动作，即：fd U ＜)(5866125t fd P P K -÷=)(2.173125t fd P P K - =fd K 2.173125.fdo e d rel U S X K ∑---------转子低电压特性曲线系数 rel K --------可靠系数，取1.1-1.4 依据？∑d X --------标幺值d X =1.017 q X =0.616s X =j g s S S X ⨯//j g FB S S X ⨯+T g d S S U ⨯%=1004705.1616769.0⨯//1004705.16734.1⨯+204705.16%5.10⨯=0.027619//0.2856+0.08647=0.11165 （把同厂的另一机归算在系统里面）∑d X =s d X X +=1.017+0.111659=1.1286∑q X =s q X X +=0.616+0.11165=0.7277=fd K 2.173125.fdo e d rel U S X K ∑=2.1736.57627125.1286.12.1⨯⨯=8.353 得fd U ＜)(2.173125t fd P P K -=)(2.173353.8125t P P -⨯=0.0864)(t P P -=0.0864)153(-P 变励磁电压系数最小值为0.1，取0.1而凸极功率（反应功率）t P =e d q S X X )11(21∑∑-=627)1286.117277.01(21-=153 W 一般在5-10%的额定基准功率范围内，即：26.5∽53机组过功率值op P =TA TV n n P 1)()5.04.0(1一次-=512501.05.1010146⨯=213-266W ，取220W 当发电机一次为额定功率时，fd U ≤0.0864=-)153533(32V （fd U ≤120+0.687=-)5.229.117(185.5V ） t 1 =0.5秒信号、t 2= 1秒灭磁、t 3=1秒灭磁，《导则》要求在0.5∽1.0秒之间，t 4=1秒灭磁，t 5=1秒减有功关于变励磁电压系数的整定计算：对于凸极发电机set K 为32cos 2cos 2sin d fd sb set n sb sbX U K S δδδ∑=⨯- 其中sb δ可通过查曲线得到（曲线摘自“DL T684-1999大型发电机变压器继电保护整定计算导则”），见下图。

容量3200KW、电压10KV；额定电流232A；：Ie为电源侧CT二次侧额定电流二、定值参数ST200M2装置的保护定值参数包括：1、差动速段投退：投退定值，可以选择“投入”、“退出”。

投入2、差动速段电流：电流定值，设定范围00.50~99.99A。

7*Ie=3、比率差动投退：投退定值，可以选择“投入”、“退出”。

投入4、比率差动门槛：电流定值，设定范围00.50~99.99A。

0.4*Ie=5、拐点1电流：电流定值，设定范围00.50~99.99A。

0.7*Ie=6、拐点2电流：电流定值，设定范围00.50~99.99A。

2.5*Ie=7、折线1斜率：系数定值，设定范围00.10~9.99。

0.68、折线2斜率：系数定值，设定范围00.10~9.99。

1.59、CT断线闭锁投退：投退定值，可以选择“投入”、“退出”。

投入10、差动平衡系数：系数定值，设定范围00.10~9.99。

1.0011、电机启动时间：时间定值，整定范围：00.00~99.99S。

电机实际启动时间12、启动时差动延时：时间定值，整定范围：00.00~99.99S。

0.1s三、定值整定说明所有电流定值整定均以电动机机端侧二次额定电流为基准。

2、差动平衡系数此定值用于补偿差动回路电流平衡，以机端侧为基准进行折算。

计算公式如下（尾缀1代表机端侧，2代表中性点侧）：Kphl=In1/ In2其中In为电动机各侧额定电流，计算方法如下：In=Pn / 3 Un*Kl式中： Pn—电动机额定容量。

Un—各侧额定电压。

Kl—电流互感器变比。

3、差动速断定值整定原则为躲开外部故障时最大不平衡电流和空投电动机时的励磁涌流，即：Isd=Kr*In1式中： In1为高压侧额定电流；Kr为相对于额定电流的励磁涌流倍数，可根据系统阻抗、电动机和CT特性来整定，一般取6~10Ie。

4、比率差动保护定值包括差动电流门槛定值Icd、第一拐点定值Ir1、第二拐点定值Ir2、比率制动第一段折线斜率K1、第二段折线斜率K2、谐波制动系数Kxb，其意义见图3.1比率差动动作特性曲线及图3.2二次谐波制动曲线。