作者通过对10kV高压电机常见的几种故障进行分析，在保护原理的基础上通过采取几项有效的保护措施，并采取整定计算的方法，实现对电机的有效保护。如果能严格按照上述保护方法以及整定计算，可以通过堵转保护、速断保护以及差动保护等多种方式在最短的时间内消除故障，确保10kV高压电机保持可靠稳定的运行。
在工业企业的生产过程中，10kV高压电机的使用能够发挥非常重要的作用，它能否保持安全正常的运行会直接影响到电力系统的稳定工作，决定了电能的质量优劣程度。与此同时，10kV高压电机本身就很贵重，在电力系统中有必要采取有效的措施确保其能够保持正常运行。
所以，在10kV高压电机运行时出现的各种故障，通过装设保护装置，及早消除故障隐患，防止不正常运行时间过长导致高压电机出现烧毁等严重问题。
通常10kV高压电机出现的几种故障类型有：
（1）定子绕组出现单相接地或者相间短路的问题；（2）定子一相绕组当中发生匝间短路问题；（3）转子励磁回路产生的励磁电流消失或者出现转子绕组一点或两点接地的问题。
除此之外，10kV高压电机通常出现的不正常运行状态主要包括下述几种情况：
（1）由于外部短路现象造成定子绕组出现过电流问题；
（2）由于外部出现不对称短路现象或者不对称负荷问题导致电机负序出现过电流现象；
（3）由于负荷超出了电机额定容量导致三相对称发生过负荷问题；
（4）由于出现突然复合现象导致定子绕组出现过电流问题；
（5）由于汽轮机主汽门的关闭导致电机发生逆功率问题；
（6）由于励磁回路发生故障或者强励持续时间过长导致转子绕组出现过负荷问题。
10kV高压电机的保护方式对于1MW电机及1MW以上的电机来说，在出现定子绕组以及定子绕组发生相间短路现象时，需要安装设置纵差动保护；
对于与母线直接相连的电机定子绕组在单相接地的过程中出现的故障，如果单相接地故障电流超出了规定范围，需要安装设置具有选择功能的接地保护装置；
如果电机定子绕组出现匝间短路问题，每组当中都有并联分支，就需要安装设置横差保护；对于200MW以上的电机还可以考虑安装设置双重化横差保护；
（4）如果是电机外部短路的原因导致出现过电流问题，则可以采取下述保护措施进行解决：
- 1)一般对于1MW电机及1MW以下的小型电机来说，可以采取过电流保护措施；
- 2)如果是由对称负荷等原因造成的电机定子绕组过电流问题，就需要安装设置在一相电流上接设的过负荷保护；
- 3)通常在1MW以上的小型电机中，可以通过启动复合电压进行过电流保护；
- 4)对于1MW以上的电机需要安装设置专门的励磁回路一点接地来完成保护，并可以在此基础上安装设置定期检测装置；
- 5)如果是由于外部不对称短路现象或者不对称负荷问题导致的负序过电流，就需要在50MW的电机或者50MW以上的中型电机上采取过电流保护措施；
- 6)通常在50MW电机及50MW以上的电机中，可以使用负序过电流保护；
- 7)对于低压过流保护来说，由于其带有电流记忆，因此可以在自并励电机中使用；
- 8)如果水轮电机定子绕组出现过电压的问题，需要安装设置延时过电压保护装置；
- 9)对于100MW电机及100MW以上的电机，如果出现转子回路过负荷问题，需要安装设置转子过负荷保护装置；
- 10)如果电机出现了励磁消失的故障，无法继续保持失磁运行，需要在断开自动灭磁开关的同时将断路器也断开；对于100MW电机及100MW以上的电机，如果其采用半导体励磁，则需要安装设置能够直接反映出电机失磁状态的专用失磁保护装置；
- 11)如果汽轮电机主汽门出现了突然关闭问题导致电机运行发生异常，为了避免对汽轮机造成损坏，需要对200MW电机及200MW以上的汽轮电机以及燃气轮电机安装设置逆功率进行保护；
- 12)对于300MW电机及300MW以上的大型电机，需要安装设置过励磁保护装置进行保护。
1 速断保护
速断保护通常分为两种状态，一种为起动前状态，另一种为正常运行状态。在计算起动前速断电流定值时采用的公式为Idz=KkKjxKqIM/nl。
在公式中，Kk表示可靠系数,一般数值大小控制在1.4～2.0之间；Kjx表示接线系数，在接相电流和接相电流差中分别取值为1.0和1.732；Kq主要表示电动机起动时的电流实际倍数；IM表示电动机的额定电流；nl主要表示电流互感器变比。在正常运行状态中，我们可以根据2～6倍IM/nl的值对速断电流定值Idz进行整定。
2 过流保护
过流保护主要分为两部分，一种是定时限过流保护，还有一种是反时限过流保护。在电机完全起动之后，定时限过流保护能够自动投入，其定值计算公式为Idz·j=KkKjxIM/nl，在这当中Kk的值可以控制在1.2～1.4之间。
另外，反时限过流保护曲线需要根据相关标准进行绘制，主要有三种选择，分别是一般反时限、非常反时限以及极端反时限等。
三者之间的函数关系通常为：一般反时限t≥0.14/[(I/Iset)0. 02-1]；非常反时限t≥13.5/(I/Iset-1)以及极端反时限t≥80/[(I/Iset)2-1]。在公式中，t表示时间；I表示电机运行过程中的实际电流；ô表示反时限延时常数；Iset主要代表反时限过电流整定值。如图1所示。
图1 反时限曲线图
3 堵转保护
如果负载的负荷性质属于长时间起动负荷，那么就需要起动堵转保护。如果实际电流超出了堵转电流规定的整定值，并且时间也超出了整定延时，那么就会作用于跳闸。所以，在实际运行中应该保证电机实际起动时间略短于整定延时的时间。
4 过热保护
过热保护能够避免转子由于负序电流过热导致电机的损坏，一般分为两种状态，一种是告警，另一种则是跳闸。电机运行出现故障时该保护会起动。
5 起动时间过长保护
电机在正常起动之后一般都会在额定电流附近进行运行，如果起动时间过长，并且运行状态下的电流值仍然较大，在达到设定好的时间之后该保护就会自动开始动作。所以，通常电流定值都在电机额定电流的1.5～2倍之间，时间定值通常都在电机起动时间的1.5～2倍之间。
6 负序过流保护
负序过流保护主要是由负序电流、正序电流以及短延时共同构成的，在正常运行状态下不需要起动。而该保护装置在起动之前会自动对故障进行判断，常见的故障主要有：在电动机一相起动的过程中，正序电流和负序电流只达到了正常起动电流的一半，整定值通常都小于负序电流，这时可以将其立即作用于跳闸。
在电动机发生二相短路的时候，电源流到故障位置处的电流就是负序电流，而电机和故障点二者正序电流之和则为正序电流，在这一状态下，该保护的灵敏度也相对较高。在正常运行的过程中如果出现一相断线的问题，那么正序电流与负序电流是一致的，但是小于1.2倍额定电流，这时可以通过利用正序电流的定值来有效避免保护区外发生一相断线的问题，避免该保护跳闸。
在出现外部二相短路的情况时，电机的正序反馈电流以及负序反馈电流都比较大，为了避免该保护出现其他动作，则应该将其动作时间有效的控制在0.2 s以上。
7 差动保护
在对大电机进行差动保护的过程中通常都采用自平衡差动保护，在电机当中通过安装设置磁平衡电流互感器，把完成差动的信号发送到危机综合保护装置即可。该方法具有较高的可靠性和灵敏度，接线操作较为简单，通常要将差动电流告警控制在0.5～1.0 A之间。
本文编自《电气技术》，标题为“10kV高压电机保护原理及整定计算”，作者为张君善、李强。
