催化四機(jī)組電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用

李伯豪 孫振瑋

摘要：石油化工行業(yè)催化裂化裝置中，主風(fēng)機(jī)—煙氣輪機(jī)能量回收機(jī)組的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)整個(gè)裝置的運(yùn)行狀態(tài)起著決定性作用，而完善機(jī)組電力系統(tǒng)控制、保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是保證機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行的前提，機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行自然會(huì)提高生產(chǎn)效益。本文介紹了上世紀(jì)80年代催化四機(jī)組電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用，并針對(duì)應(yīng)用過程中各方面存在的問題提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：機(jī)械式繼電器;綜合自動(dòng)化裝置;優(yōu)化應(yīng)用

引言

本文所提及的催化四機(jī)組異步電動(dòng)機(jī)為上世紀(jì)80年代進(jìn)口電動(dòng)機(jī)，保護(hù)系統(tǒng)為進(jìn)口機(jī)械式繼電器保護(hù)。電流保護(hù)、電壓保護(hù)、速度保護(hù)、溫度保護(hù)均采用機(jī)械式繼電器進(jìn)行保護(hù)，繼電器數(shù)量達(dá)到24個(gè)。繼電器保護(hù)零散，接線復(fù)雜，故障點(diǎn)多，多數(shù)繼電器已停產(chǎn)，運(yùn)維困難;跳閘告警信號(hào)均通過吊牌實(shí)現(xiàn)，不滿足目視化管理要求;無法監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)、沒有事故事件記錄，不便于進(jìn)行事故分析。綜合自動(dòng)化設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱綜自設(shè)備）可靠性高，出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)概率極低，運(yùn)維方便;可以即時(shí)觀測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，查閱事故事件，便于總結(jié)分析;同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端通訊功能，方便監(jiān)盤人員直接觀測(cè)運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)。

1綜合自動(dòng)化裝置的選擇

根據(jù)該催化四機(jī)組一次設(shè)備、及保護(hù)配置情況的統(tǒng)計(jì)，開關(guān)柜出線側(cè)有一組保護(hù)、測(cè)量CT，用于速斷、過流保護(hù)。在電動(dòng)機(jī)出口側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)同名相配置一組三相磁平衡電流互感器，其二次繞組分別接至磁平衡差動(dòng)繼電器，構(gòu)成磁平衡差動(dòng)保護(hù)。電動(dòng)機(jī)本體有速度及溫度探頭作為速度和溫度保護(hù)?？紤]到結(jié)合國(guó)內(nèi)外各類保護(hù)測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)的功能，結(jié)合本次優(yōu)化需要的功能，決定本次改造使用施耐德P243、P220綜自設(shè)備，P243作為主要保護(hù)設(shè)備，P220只使用磁平衡差動(dòng)保護(hù)。

2二次回路優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1測(cè)量部分回路優(yōu)化

2.1.1電動(dòng)機(jī)開關(guān)柜由三面柜組成，柜內(nèi)有PT柜，接線方式為兩相∠接。不同于三相完全△接線方式可以直接測(cè)量線電壓、相電壓和開口∠電壓。兩相∠接線方式電壓回路中只存在線電壓，無相電壓。P243綜自設(shè)備電壓測(cè)量部分采用兩相不完全接法，ABC三相線電壓接至（A-19、B-22、C-20）。此接線方式無法實(shí)現(xiàn)PT斷線功能，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，電壓變送器及保護(hù)測(cè)量的功能不受此影響。

2.2.2電流、電壓、功率、功率因數(shù)角變送器均從原先的單功能變送器更換為可在線整定編程的西門子SENTRON_7KG9661變送器。由于柜內(nèi)接線原因，由三個(gè)西門子變送器共計(jì)提供八路4～20mA信號(hào)至操作室。三相線電壓共用一個(gè)變送器，三相線電流共用一個(gè)變送器，功率和功率因數(shù)角共用一個(gè)變送器。測(cè)量回路原理圖如圖1。

2.2控制部分回路優(yōu)化

2.2.1該電動(dòng)機(jī)開關(guān)柜真空斷路器不同于新式手車式真空斷路器，儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)不可短時(shí)間多次儲(chǔ)能，否則會(huì)燒壞儲(chǔ)能線圈。開關(guān)柜上配置黃色指示燈為合閘允許指示。柜內(nèi)有儲(chǔ)能時(shí)間繼電器，儲(chǔ)能后間隔1min才可以進(jìn)行合閘，黃色指示燈指示該功能。

2.2.2合閘回路中串入保護(hù)閉鎖功能，當(dāng)速斷保護(hù)、磁平衡差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，P243綜自設(shè)備通過內(nèi)部邏輯編程使光耦開出RL7常閉點(diǎn)打開，在故障原因沒有查明、動(dòng)作信號(hào)沒有被復(fù)歸前不允許電機(jī)再次起動(dòng)。在P243綜自設(shè)備操作面板上可以對(duì)該信號(hào)進(jìn)行復(fù)位。合閘回路原理圖如圖2。

2.2.3跳閘回路中，將不同類型的保護(hù)跳閘分為由P220綜自設(shè)備提供的磁平衡差動(dòng)保護(hù)跳閘、由P243綜自設(shè)備提供的綜合保護(hù)跳閘（速斷保護(hù)、熱過負(fù)荷保護(hù)、速度保護(hù)）以及低電壓保護(hù)跳閘，以上三個(gè)跳閘出口分別經(jīng)過壓板接至跳閘線圈。同時(shí)跳閘回路可以提供現(xiàn)場(chǎng)分閘以及本柜分閘功能。跳閘回路原理圖如圖3。

2.3保護(hù)部分回路優(yōu)化

2.3.1電動(dòng)機(jī)開關(guān)柜內(nèi)有兩個(gè)速度繼電器，通過現(xiàn)場(chǎng)速度檢測(cè)傳感器將信號(hào)傳至速度繼電器，再將繼電器結(jié)點(diǎn)信號(hào)傳至P243綜自設(shè)備，分別經(jīng)延時(shí)后通過綜合跳閘出口進(jìn)行跳閘。速度繼電器電源為交流電源，保留該繼電器，起到與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)隔離的作用。

2.3.2原溫度繼電器設(shè)置115℃由繼電器吊牌進(jìn)行告警，135℃跳閘結(jié)點(diǎn)閉合。由于操作室原有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)本體的溫度監(jiān)視，取消本柜溫度跳閘功能，將溫度繼電器輸出結(jié)點(diǎn)接至P243綜自設(shè)備，只發(fā)出告警信號(hào)。

2.3.3合、分閘回路在原有柜的基礎(chǔ)上，結(jié)合典型P24X系列接線方式，自主設(shè)計(jì)P243綜自設(shè)備PSL邏輯圖，對(duì)光耦開入量和開出量進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)控制回路、保護(hù)回路邏輯。其中P243保護(hù)開入1為斷路器合閘位置，用于故障錄波，起動(dòng)開始的判斷;開入2為工藝連鎖信號(hào)，經(jīng)壓板控制，用于工藝連鎖跳閘;開入3為P220綜自設(shè)備提供的磁平衡差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，用于和P243裝置的速斷保護(hù)共同動(dòng)作于光耦開出RL7;開入5為10%速度信號(hào)，收到上升沿信號(hào)延時(shí)6S后跳閘;開入6為80%速度信號(hào)，收到上升沿信號(hào)延時(shí)45S后跳閘。P243綜自設(shè)備跳閘出口1為綜合保護(hù)出口，速斷保護(hù)、熱過負(fù)荷保護(hù)、速度保護(hù)、工藝連鎖信號(hào)均通過該出口動(dòng)作;跳閘出口2為低電壓保護(hù);跳閘出口3為過負(fù)荷保護(hù)出口，信號(hào)經(jīng)中間繼電器輸出至DCS系統(tǒng);跳閘出口7為禁止再起動(dòng)功能出口。P220綜自設(shè)備設(shè)置跳閘出口1為磁平衡差動(dòng)保護(hù)跳閘出口，跳閘出口2為磁平衡差動(dòng)保護(hù)跳閘信號(hào)至P243開入3。P243綜自設(shè)備PSL邏輯圖如圖4。

這種接線方式在原有的保護(hù)功能下進(jìn)行了優(yōu)化，接線更加簡(jiǎn)單，保護(hù)邏輯清晰，便于日后維護(hù)工作。

3電動(dòng)機(jī)保護(hù)的配置與整定

該電動(dòng)機(jī)參數(shù)：功率為8388kW，額定電流940A。最小運(yùn)行方式下線路末端短路時(shí)的短路電流為14.38kA。CT變比為1200/5，磁平衡差動(dòng)CT變比為50/5。

3.1電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置

基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與企業(yè)規(guī)范要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際要求，該電動(dòng)機(jī)應(yīng)設(shè)速斷保護(hù)、磁平衡差動(dòng)保護(hù)、熱過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)、速度保護(hù)、工藝聯(lián)鎖均動(dòng)作于跳閘;零序保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、溫度保護(hù)動(dòng)作與信號(hào)、只告警。

3.2電動(dòng)機(jī)保護(hù)整定

3.2.1速斷保護(hù)按躲過電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的最大電流進(jìn)行整定，即起動(dòng)電流。原定值二次27A、0S跳閘，經(jīng)核算靈敏度，K1為1.92<2。為保證保護(hù)有不小于規(guī)定的靈敏度，速斷保護(hù)取二次25.5A，0S。速斷保護(hù)動(dòng)作后禁止再起動(dòng)。

3.2.2磁平衡差動(dòng)保護(hù)按躲過起動(dòng)時(shí)振蕩電流所產(chǎn)生的最大不平衡電流值整定。取二次2A、0S。磁平衡差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后禁止再起動(dòng)。

3.2.3原堵轉(zhuǎn)保護(hù)由GL繼電器反時(shí)限進(jìn)行保護(hù)?，F(xiàn)取消GL繼電器，改為設(shè)置P243綜自設(shè)備熱過負(fù)荷保護(hù)，熱過負(fù)荷基準(zhǔn)電流為額定電流的1.15倍，過載時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)時(shí)間常數(shù)設(shè)置為2min，冷卻時(shí)間常數(shù)取下限。該電動(dòng)機(jī)負(fù)載為風(fēng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中熱過負(fù)荷保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。為躲過電機(jī)起動(dòng)過程中熱過負(fù)荷保護(hù)誤動(dòng)作，通過設(shè)置起動(dòng)時(shí)間50S閉鎖開機(jī)時(shí)熱過負(fù)荷保護(hù)，起動(dòng)狀態(tài)通過斷路器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)且電動(dòng)機(jī)電流超過1.5倍額定電流進(jìn)行判斷。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)50S內(nèi)熱積累緩慢升至90%后，不再增加，待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)50S后開放熱過負(fù)荷保護(hù)。電動(dòng)機(jī)熱過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作后，熱積累值超過100%，禁止再起動(dòng)節(jié)點(diǎn)動(dòng)作，待熱積累降至90%后，禁止再起動(dòng)節(jié)點(diǎn)返回，可以重新開機(jī)。

3.2.4高壓柜內(nèi)自帶電壓互感器，接線方式為V，v接法，該方法是將兩臺(tái)全絕緣單相電壓互感器的高低壓繞組分別接于相與相間，構(gòu)成不完全三角形。該方式可以節(jié)省一臺(tái)電壓互感器，同時(shí)能夠提供線電壓，但無法測(cè)量相電壓。整定原則中低電壓保護(hù)定值為額定電壓的40%，9S跳閘?，F(xiàn)改為48V、9S（PT二次120V）。

3.2.5保護(hù)整定原則中不設(shè)置過電壓保護(hù)，將原有過電壓保護(hù)功能取消。

3.2.6過負(fù)荷告警功能，超過額定電流經(jīng)5S延時(shí)后告警。過負(fù)荷告警信號(hào)遠(yuǎn)傳至操作室并報(bào)警。

3.2.7接地保護(hù)，原跳閘改為告警，延時(shí)1秒。原定值二次2A、1S。現(xiàn)按照一次10A進(jìn)行整定。

3.2.8速度保護(hù)由速度繼電器提供動(dòng)作信號(hào)，經(jīng)綜自設(shè)備延時(shí)后進(jìn)行跳閘。速度保護(hù)定值為10%、6S，80%、45S。相應(yīng)保護(hù)功能為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)6秒內(nèi)轉(zhuǎn)速未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的10%，及45秒內(nèi)轉(zhuǎn)速未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速80%將發(fā)出跳閘命令。

3.2.9溫度保護(hù)原由溫度繼電器提供，115℃告警，取消溫度135℃跳閘。

4結(jié)束語

通過對(duì)該催化四機(jī)組電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)的優(yōu)化，極大地提高了保護(hù)的可靠性、選擇性。優(yōu)化施工完畢后，經(jīng)過縝密的繼電保護(hù)試驗(yàn)，全面的模擬了可能發(fā)生的故障情況，確保綜自設(shè)備該動(dòng)作時(shí)準(zhǔn)確動(dòng)作，不該動(dòng)作時(shí)決不誤動(dòng)。該催化四機(jī)組電動(dòng)機(jī)兩次單試電機(jī)、沖轉(zhuǎn)后開機(jī)均順利完成，未發(fā)生起動(dòng)時(shí)誤動(dòng)作，現(xiàn)已平穩(wěn)運(yùn)行。

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2016.12