高壓異步電動機微機保護的整定

華宏彬　蒲　鑒

（河南能源化工集團黔?；す?，貴州畢節(jié) 551500）

高壓異步電動機微機保護的整定

華宏彬蒲鑒

（河南能源化工集團黔?；す?，貴州畢節(jié) 551500）

隨著計算機技術的迅速發(fā)展，微機保護已取代傳統(tǒng)的電磁繼電器，成為高壓系統(tǒng)電氣保護的標準配置，在工礦企業(yè)裝置的電氣設計中得到了廣泛應用。相對于傳統(tǒng)的繼電保護，微機保護具有可靠性高、動作正確率高、使用靈活方便、維護調(diào)試方便、可以遠方監(jiān)控等優(yōu)點，但微機保護能否正確應用，定值設定是其中一項非常重要的內(nèi)容，也可以說是微機保護能否成功應用的關鍵。本文對高壓異步電動機綜合繼電保護裝置進行整定值計算，并對微機保護裝置的使用應注意的問題進行了探討，其計算過程和定值設定對工廠繼電保護整定具有一定的參考和借鑒意義。

微機保護 電動機 定值整定

高壓異步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定及維護簡單等特點，在工農(nóng)業(yè)得到廣泛應用。但高壓異步電機在啟動、運行過程中有可能會發(fā)生異常情況，如過電壓、過負荷、接地等。因此，對電動機的啟動、運行必須進行實時監(jiān)控，并采取一系列保護措施以保護電動機的安全以保障電機正常運行。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，采用計算機技術實現(xiàn)其基本控制原理的微機智能型綜合繼電保護裝置在各行各業(yè)的工程上得到了廣泛應用［1］。在工礦企業(yè)裝置的電氣設計中，其高壓電動機等均采用微機型繼電保護裝置，能充分考慮到電氣設備運行的各種情況，對電氣設備起到全面保護。微機型繼電保護裝置能否正確動作，關鍵在于對被保護對象的各種參數(shù)的整定計算，因此熟悉并掌握微機型繼電保護裝置的整定計算是電氣設計人員的一項重要技能。本文對高壓異步電動機綜合繼電保護裝置進行整定值的計算過程和定值設定，及微機保護裝置使用問題，對工廠電機保護整定具有參考意義。

1　高壓電動機繼電保護配置

根據(jù)相關規(guī)范規(guī)程［2］對電壓為3kV及以上的異步電動機的下列故障及異常運行方式，應裝設相應的保護裝置:定子繞組相間短路；定子繞組單相接地；定子繞組過負荷；定子繞組低電壓；相電流不平衡及斷相。繼電保護配置有:

（1）定子繞組相間短路保護:小于2000kW異步電動機由電流速斷電流保護實現(xiàn)，大于等于2000kW異步電動機由縱差保護或磁平衡差動保護實現(xiàn)；（2）相電流不平衡及斷相:由負序電流保護實現(xiàn)；（3）定子繞組單相接地保護:采用零序電流互感器獲取零序電流實現(xiàn)；（4）過熱保護: 綜合計及電動機的正序電流和負序電流的熱效應，對電動機過載、啟動時間過長和堵轉(zhuǎn)提供保護。并有熱記憶功能，即過熱保護跳閘后，不會立即啟動，需等到電動機散熱到允許啟動時，才能再次啟動；（5）定子繞組過負荷:由過負荷保護實現(xiàn)；（6）定子繞組低電壓；由低電壓保護實現(xiàn)；（7）堵轉(zhuǎn)保護。

2　各類保護整定方法

2.1電流速斷保護

電動機啟動時，電流速斷保護投入高定值運行，躲過電動機啟動時間（電動機啟動完畢）后，切換回路將其切至低定值運行。

2.1.1高定值Iop.h

整定原則是躲過電動機啟動電流。

定值計算:Iop.h=Krel.Ist

式中Iop.h為正序電流保護整定值；Krel為可靠系數(shù)取1.3；Ist為電動機啟動電流，一般是6～8倍IN。

2.1.2低定值Iop.L

整定原則是躲過電動機的自啟動電流；躲過外部三相短路時電動機反送電流。

定值計算:

（1）經(jīng)真空斷路器供電的電動機Iop.L=5IN；（2）熔斷器-接觸器（FC回路）供電的電動機Iop.L=4IN

2.1.3動作時間t1

對于采用斷路器控制的電動機，選擇瞬時動作，即t1=0s；對于F-C控制的電動機，由于短路故障由熔斷器切除，而非接觸器切除，應整定帶一定的延時，一般取t1=0.3～0.4 s。

2.1.4靈敏度校驗

按最小運行方式下，電動機接線端兩相短路時，流過保護安裝處的短路電流校驗:

2.2縱差保護

2.2.1最小動作電流Iop.0

整定原則是應考慮躲過電動機在額定工況下在差動元件中產(chǎn)生的最大差流。

式中:Krel為可靠系數(shù)，取值范圍1.5～2；Ker為兩側(cè)電流互感器的比誤差，通常取0.06；K2為差動保護兩側(cè)通道的傳輸及調(diào)整誤差，通常取0.1；IN為電動機的額定電流；nTA為電動機電流互感器的變比?？v差保護動作特性如圖1所示:

2.2.2拐點電流Ires.0

整定原則是差動元件能可靠地躲過區(qū)外故障切除時在差動元件中產(chǎn)生的不平衡電流。

2.2.3比率制動系數(shù)S

整定原則是差動元件應能可靠躲過電動機啟動時在差動元件產(chǎn)生的最大差流。

S取0.5。

2.2.4差動速斷

為防止在輸入回路上發(fā)生故障因電流互感器飽和致使差動保護拒動，增設差動速斷保護。

Id=（2～3）IN/nTA

2.3磁平衡差動保護

整定原則是應可靠躲過外部單相接地時的不平衡電流。

式中:Krel為可靠系數(shù)，取值范圍1.1～1.3；CMO為定子繞組每相零序電容；CM1定子繞組每相正序電容，取1.6；ω為314。

式中:G為絕緣材料確定的系數(shù)，B級絕緣時取0.0187；PN為電動機額定功率MW；UN為電動機額定電壓kv。

動作時間t1一般取0.1s。

2.4負序電流保護

設置兩段負序電流保護，Ⅰ段作為電動機相間短路故障的后備保護；Ⅱ段保護電動機的缺相運行。

（1）動作電流定值；Ⅰ段動作電流定值為I2OP.Ⅰ=IN；Ⅱ段動作電流定值為I2OP.Ⅱ=0.4IN

（2）動作時間；當電動機負序保護具有外部兩相短路負序電流閉鎖判據(jù)且其斷路器為真空斷路器時:

2.5單相接地保護

整定原則是被保護電動機及其配電線路上發(fā)生單相接地故障時，該保護應可靠動作，而在其他線路發(fā)生接地故障時，該保護應可靠不動作。

（1）動作電流定值:

式中:Krel為可靠系數(shù)，取值范圍2～3；C1為電動機及其配電線路每相的對地電容之和。

（2）動作時間:

tOP=2～3s

（3）靈敏度校驗:

式中:C∑為電動機所在系統(tǒng)每相對地電容；C1為電動機及其配電線路每相的對地電容之和。

按照規(guī)范規(guī)定:單相接地電流為10A及以上時，保護動作于跳閘；單相接地電流為10A以下時，保護可動作于跳閘，也可動作于信號。

2.6過熱保護

高壓電動機在運行中，當電動機電流過大，或出現(xiàn)負序電流，均會使電動機過熱甚至燒壞電動機，在電動機保護需設置過熱保護。

現(xiàn)在的微機保護裝置中，采用等效過熱模型構(gòu)成過熱保護。該等效發(fā)熱電流為:

電動機過熱保護動作特性方程為:

式中:τ為允許過熱時間常數(shù)；I∞為電動機長期運行所允許的最大電流，t為保護動作時間。

定值整定:過熱時間常數(shù)τ應由電動機制造廠提供。如無數(shù)據(jù)，對普通電動機，可取τ=500s。

2.7堵轉(zhuǎn)保護

電動機在啟動或運行過程中發(fā)生了堵轉(zhuǎn)，使啟動電流不能減小或使電流急劇增大，時間過長將燒壞電動機。故應設置堵轉(zhuǎn)保護。

定值整定:

動作時間top=24～30s

2.8低電壓保護

當供電電壓降低或供電短時中斷后，為防止電動機自啟動時使供電電壓進一步降低，以致造成重要電動機自啟動困難或啟動不起來，首先要切除一些對安全運行次重要的電動機，以確保重要電動機快速恢復正常運行。重要電動機不裝設低電壓保護。通常，廠用電動機低電壓保護的整定值，有兩輪動作電壓及兩輪動作時間。

2.8.1第一輪低電壓保護

第一輪低電壓保護的動作電壓較高，而動作時間較短。通常在生產(chǎn)上不允許或不需要自啟動的電動機上設置。

動作電壓定值為:

動作時間為:

其延時時間應比自動重合閘和備用電源自動投入的時間tb大一級。

2.8.2第二輪低電壓保護

第二輪低電壓保護的動作電壓較低，而動作時間長。通常在次重要的電動機上設置。

動作電壓定值為:

動作時間為:

2.9過負荷保護

動作電流Iop:按躲過電動機額定電流下可靠返回條件整定:

式中Kr為返回系數(shù)取0.95。

動作時間:

式中為電動機啟動及自啟動時間。

對于傳動風機負荷的電動機:

過負荷保護一般動作于信號。

3　微機型電動機保護裝置使用應注意的問題：

3.1保護電流互感器的選擇

（1）電流互感器保護級的選擇；用于一般電動機保護的電流互感器的準確級選用10P級。用于差動保護的電流互感器的準確級選用5P級。（2）電流互感器二次負載的確定；電流互感器二次繞組所接入的負荷應保證實際二次負荷在25%～100%額定二次負荷范圍內(nèi)。（3）微機保護裝置內(nèi)部的隔離用電流互感器一次側(cè)電流應于電動機主回路的保護電流互感器的二次側(cè)電流保持一致。（4）準確限值系數(shù)Kalf的選擇；只要互感器準確限值電流（Kalf×In）大于保護最大整定電流（例如電流速斷整定值），可保證保護正確動作。當短路電流進一步增大，即互感器出現(xiàn)飽和后，二次電流仍保持增大趨勢，能保證保護裝置可靠動作。因此，按保護最大定值確定互感器的準確限值系數(shù)，則一般電流互感器準確限值系數(shù)取15～20即可滿足要求。

3.2電流速斷保護靈敏度的校驗

系統(tǒng)短路容量較小，電動機容量較大時，電流速斷保護可能無法滿足靈敏度的要求，如此，應改用差動保護裝置。

4　結(jié)語

微機型電動機保護裝置現(xiàn)在工礦企業(yè)得到廣泛應用，其微機保護定值的整定對于繼電保護裝置滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求具有重要意義，且直接關系到電動機的是否能安全可靠運行和電力系統(tǒng)的可靠運行。本文根據(jù)電動機在運行中的各種故障情況，對由各種原理構(gòu)成的電動機保護的整定計算方法以及保護使用應注意的問題進行了探討，希望對大家的電機整定計算和定值設置起到一點有益的作用。

［1］李玉海，等.電氣部分電力主設備繼電保護的理論實踐及運行案例［J］.中國水利水電出版社，2010.

［2］任元會，等.工業(yè)與民用配電設計手冊（第三版）［M］.北京：中國電力出版社，2005.