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Abstract:Thispaperexpatiatedtheprinciple,settingandapplicationofhighimpedancedifferentialprotectioninlargemotorwithwholesolidsettingexample.TheinfluenceofCTratioerrortohighimpedancedifferentialprotectionisanalyzed,andthemeasurementofCTratioerrorisalsointroduced.

Keywords:highimpedancedifferentialprotectionratioerror

論文關鍵詞：高阻抗差動保護匝數比

論文摘要：本文闡述了大型電動機高阻抗差動保護原理及整定原則和整定實例。分析了CT匝數比誤差對高阻抗差動保護的影響，并介紹了匝數比誤差的測量方法。

1概述

高阻抗差動保護的主要優點：1、區外故障CT飽和時不易產生誤動作。2、區內故障有較高的靈敏度。它主要作為母線、變壓器、發電機、電動機等設備的主保護，在國外應用已十分廣泛。高阻抗差動保護有其特殊性，要保證該保護的可靠性，應從CT選型、匹配、現場測試、保護整定等多方面共同努力。現在我國應制定高阻抗差動保護和相應CT的標準，結合現場實際情況編制相應的檢驗規程，使高阻抗差動保護更好的服務于電網，保證電網安全。

2高阻抗差動保護原理及定值整定原則

2.1高阻抗差動保護的動作原理：

（1）正常運行時：原理圖見圖1，∵I1=I2∴ij=i1-i2=0.因此，繼電器兩端電壓：Uab=ij×Rj=0.Rj-繼電器內部阻抗。

電流不流經繼電器線圈，也不會產生電壓，所以繼電器不動作。

（2）電動機啟動時：原理圖見圖2，由于電動機啟動電流較大，是額定電流的6～8倍且含有較大的非周期分量。當TA1與TA2特性存在差異或剩磁不同，如有一個CT先飽和。假設TA2先飽和，TA2的勵磁阻抗減小，二次電流i2減小。由于ij=i1-i2導致ij上升，繼電器兩端電壓Uab上升。這樣又進一步使TA2飽和，直至TA2完全飽和時，TA2的勵磁阻抗幾乎為零。繼電器輸入端僅承受i1在TA2的二次漏阻抗Z02和連接電纜電阻Rw產生的壓降。

為了保證保護較高的靈敏度及可靠性，就應使Uab減少，也就是要求CT二次漏阻抗降低。這種情況下，繼電器的整定值應大于Uab，才能保證繼電器不誤動。

（3）發生區內故障：原理圖見圖3，i1=Id/n(n－TA1電流互感器匝數比)ij=i1-ie≈i1Uab=ij×Rj≈i1Rj此時，電流流入繼電器線圈、產生電壓，檢測出故障，繼電器動作。由于TA1二次電流i1可分為流向CT勵磁阻抗Zm的電流ie和流向繼電器的電流ij。因此，勵磁阻抗Zm越大，越能檢測出更小的故障電流，保護的靈敏度就越高。

2.2高阻抗差動保護的整定原則及實例

（1）整定原則：

a)、保證當一側CT完全飽和時，保護不誤動。

式中：U－繼電器整定值；US－保證不誤動的電壓值；IKMAX－啟動電流值；

b)、保證在區內故障時，CT能提供足夠的動作電壓：

Uk≥2US（3）

式中：Uk－CT的額定拐點電壓。

CT的額定拐點電壓也稱飽和起始電壓:此電壓為額定頻率下的正弦電壓加于被測CT二次繞組兩端，一次繞組開路，測量勵磁電流，當電壓每增加10%時，勵磁電流的增加不能超過50％。

c)、校驗差動保護的靈敏度：在最小運行方式下，電動機機端兩相短路時，靈敏系數應大于等于2。

式中Iprim－保證繼電器可靠動作的一次電流；n、Us－同前所述；m－構成差動保護每相CT數目；Ie－在Us作用下的CT勵磁電流；Iu－在Us作用下的保護電阻器的電流；Rs－繼電器的內阻抗。

（2）、整定實例：

電動機參數：P=7460KW；Ir=816A。CT參數：匝數比n＝600；Rin=1.774Ω；Uk=170V。

CT二次側電纜參數：現場實測Rm=4.21Ω。

差動繼電器（ABB-SPAE010）參數:整定范圍0.4-1.2Un；Un=50、100、200可選；Rs=6K。

計算Us:US=IKMAX(Rin+Rm)/n=10Ir(Rin+Rm)/n=10×816(1.774+4.21)/600=81.38V

選取Us=82V

校驗Uk：∵Uk=170V∴Us在85V以下即可滿足要求。

確定繼電器定值：選取Un=100;整定點為0.82;實際定值為82V。

校驗靈敏度：通過查CT及保護電阻器的伏安特性曲線可得在82V電壓下的電流：Ie=0.03AIu=0.006AIprim=n(Us/Rs+mIe+Iu)=600(82/6000+2×0.03+0.006)=47.8A。

由此可見，高阻抗差動保護的靈敏度相當高，這也是該保護的主要優點之一。

3高阻抗差動保護的應用

3.1高阻抗差動保護在應用中除了應注意：

（1）、CT極性及接線應正確；（2）、二次接線端子不應松動；（3）、不應誤整定；(4)、CT回路應一點接地等。還應注意：（1）、CT二次應專用；（2）、高阻抗差動保護所用CT是一種特別的保護用CT。為了避免繼電器的誤動作，對CT有三個要求：勵磁阻抗高、二次漏抗低和匝數比誤差小。高阻抗差動保護用的CT設計要點是：依據拐點電壓及拐點電壓下的勵磁電流來確定鐵芯尺寸。對于高阻抗差動保護用CT的特性匹配至關重要，在實際選用時應采用同一廠家，同一批產品中特性相近、匝數比相同的CT。

3.2下面主要探討CT匝數比誤差對高阻抗差動保護的影響

（1）匝數比n為二次繞組的匝數與一次繞組匝數的比值。匝數比的誤差εt定義如下：

εt＝(n-Kn)/Kn（6）

式中，Kn－標稱電流比。

國外標準中規定此種CT的匝數比誤差為±0.25％。

（2）匝數比誤差要小：

當電動機啟動時（見圖2），電流互感器TA2未飽和，CT的二次電流接近于匝數比換算得來的數值，這是由于TA2未飽和時勵磁阻抗較高的原因。一般情況下高阻抗差動保護用CT勵磁阻抗為幾十千歐姆的數量級。如果匝數比的分散性很大，TA1和TA2的二次電流i1和i2不能互相抵消，該差值電流ij流經繼電器線圈，即成為產生誤動作的原因。

（3）、匝數比誤差規定為±0.25％，對于不同匝數比CT不盡合理。匝數較大CT容易滿足該規定并且能保證保護不發生誤動作。匝數較小CT即使滿足該規定，在電動機啟動時的差電壓也較大，足以造成保護誤動作。

下面列舉兩個例子：

a).兩側CT匝數比均滿足±0.25％。假設：n1=3609(正誤差)；n2=3591(負誤差)。

匝數比誤差產生的不平衡電流：ij=(10×3600/3591-10×3600/3609)=0.05A

繼電器兩端不平衡電壓：Uj=ij×Rs=0.05×6000=300V

Uj大于繼電器整定值，保護在這種情況下將不可避免的發生誤動作。

b).兩側CT匝數比相對誤差滿足±0.25。假設：n1=3609；n2=3600。

匝數比誤差產生的不平衡電流：

ij=(10×3600/3600-10×3600/3609)=0.025A

繼電器兩端不平衡電壓：Uj=ij×Rs=0.025×6000=150V

Uj小于繼電器整定值，可滿足工程要求。

例2：所有參數與整定計算實例相同。

a).兩側CT匝數比均滿足±0.25％。

設：n1=601(正誤差)；n2=599(負誤差)。

匝數比誤差產生的不平衡電流：

Uj遠大于繼電器整定值（82V），保護將發生誤動作。

b).兩側CT匝數比相對誤差滿足±0.25％，假設：n1=601n2=600

匝數比誤差產生的不平衡電流：

Uj=ij×Rs=0.0226×6000=135V

Uj仍大于繼電器整定值，保護將發生誤動作。

通過上述兩例足以說明對于高阻抗差動保護CT選擇的苛刻條件，選擇時應遵守CT匝數比誤差相近的原則。建議在整定原則中增加繼電器整定電壓應大于由于匝數比誤差產生的差電壓，以保證高阻抗差動保護的可靠性。

3.3匝數比誤差的測量

測量的方法有兩種：

第一種：在CT二次側短路狀態下，測量流經額定一次電流i1時的比值差f1,設此時勵磁電流為i0，則f1=－εt－i0/i1

二次回路連接與二次繞組阻抗相等的負荷，在額定一次電流的1/2電流下測量比值差f2,這時仍設勵磁電流為i0,則f2=－εt－2i0/i1

匝數比誤差為：εt＝f2－2f1

第二種方法：在測量CT伏安特性的同時測量一次繞組的電壓。

一次繞組開路，二次繞組加電壓，測量一次繞組的電壓，如圖5。

CT匝數比n=U1/U2;匝數比誤差εt＝(U1/U2－Kn)/Kn。