華宏彬　蒲　鑒

（河南能源化工集團(tuán)黔?；す荆F州畢節(jié) 551500）

高壓異步電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)的整定

華宏彬蒲鑒

（河南能源化工集團(tuán)黔?；す?，貴州畢節(jié) 551500）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)已取代傳統(tǒng)的電磁繼電器，成為高壓系統(tǒng)電氣保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)配置，在工礦企業(yè)裝置的電氣設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)的繼電保護(hù)，微機(jī)保護(hù)具有可靠性高、動(dòng)作正確率高、使用靈活方便、維護(hù)調(diào)試方便、可以遠(yuǎn)方監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，但微機(jī)保護(hù)能否正確應(yīng)用，定值設(shè)定是其中一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，也可以說是微機(jī)保護(hù)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。本文對(duì)高壓異步電動(dòng)機(jī)綜合繼電保護(hù)裝置進(jìn)行整定值計(jì)算，并對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的使用應(yīng)注意的問題進(jìn)行了探討，其計(jì)算過程和定值設(shè)定對(duì)工廠繼電保護(hù)整定具有一定的參考和借鑒意義。

微機(jī)保護(hù) 電動(dòng)機(jī) 定值整定

高壓異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定及維護(hù)簡單等特點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但高壓異步電機(jī)在啟動(dòng)、運(yùn)行過程中有可能會(huì)發(fā)生異常情況，如過電壓、過負(fù)荷、接地等。因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行必須進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并采取一系列保護(hù)措施以保護(hù)電動(dòng)機(jī)的安全以保障電機(jī)正常運(yùn)行。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)其基本控制原理的微機(jī)智能型綜合繼電保護(hù)裝置在各行各業(yè)的工程上得到了廣泛應(yīng)用［1］。在工礦企業(yè)裝置的電氣設(shè)計(jì)中，其高壓電動(dòng)機(jī)等均采用微機(jī)型繼電保護(hù)裝置，能充分考慮到電氣設(shè)備運(yùn)行的各種情況，對(duì)電氣設(shè)備起到全面保護(hù)。微機(jī)型繼電保護(hù)裝置能否正確動(dòng)作，關(guān)鍵在于對(duì)被保護(hù)對(duì)象的各種參數(shù)的整定計(jì)算，因此熟悉并掌握微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算是電氣設(shè)計(jì)人員的一項(xiàng)重要技能。本文對(duì)高壓異步電動(dòng)機(jī)綜合繼電保護(hù)裝置進(jìn)行整定值的計(jì)算過程和定值設(shè)定，及微機(jī)保護(hù)裝置使用問題，對(duì)工廠電機(jī)保護(hù)整定具有參考意義。

1　高壓電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)配置

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程［2］對(duì)電壓為3kV及以上的異步電動(dòng)機(jī)的下列故障及異常運(yùn)行方式，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置:定子繞組相間短路；定子繞組單相接地；定子繞組過負(fù)荷；定子繞組低電壓；相電流不平衡及斷相。繼電保護(hù)配置有:

（1）定子繞組相間短路保護(hù):小于2000kW異步電動(dòng)機(jī)由電流速斷電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)，大于等于2000kW異步電動(dòng)機(jī)由縱差保護(hù)或磁平衡差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)；（2）相電流不平衡及斷相:由負(fù)序電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)；（3）定子繞組單相接地保護(hù):采用零序電流互感器獲取零序電流實(shí)現(xiàn)；（4）過熱保護(hù): 綜合計(jì)及電動(dòng)機(jī)的正序電流和負(fù)序電流的熱效應(yīng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)過載、啟動(dòng)時(shí)間過長和堵轉(zhuǎn)提供保護(hù)。并有熱記憶功能，即過熱保護(hù)跳閘后，不會(huì)立即啟動(dòng)，需等到電動(dòng)機(jī)散熱到允許啟動(dòng)時(shí)，才能再次啟動(dòng)；（5）定子繞組過負(fù)荷:由過負(fù)荷保護(hù)實(shí)現(xiàn)；（6）定子繞組低電壓；由低電壓保護(hù)實(shí)現(xiàn)；（7）堵轉(zhuǎn)保護(hù)。

2　各類保護(hù)整定方法

2.1電流速斷保護(hù)

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電流速斷保護(hù)投入高定值運(yùn)行，躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間（電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完畢）后，切換回路將其切至低定值運(yùn)行。

2.1.1高定值Iop.h

整定原則是躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流。

定值計(jì)算:Iop.h=Krel.Ist

式中Iop.h為正序電流保護(hù)整定值；Krel為可靠系數(shù)取1.3；Ist為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)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(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)電流；躲過外部三相短路時(shí)電動(dòng)機(jī)反送電流。

定值計(jì)算:

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

2.1.3動(dòng)作時(shí)間t1

對(duì)于采用斷路器控制的電動(dòng)機(jī)，選擇瞬時(shí)動(dòng)作，即t1=0s；對(duì)于F-C控制的電動(dòng)機(jī)，由于短路故障由熔斷器切除，而非接觸器切除，應(yīng)整定帶一定的延時(shí)，一般取t1=0.3～0.4 s。

2.1.4靈敏度校驗(yàn)

按最小運(yùn)行方式下，電動(dòng)機(jī)接線端兩相短路時(shí)，流過保護(hù)安裝處的短路電流校驗(yàn):

2.2縱差保護(hù)

2.2.1最小動(dòng)作電流Iop.0

整定原則是應(yīng)考慮躲過電動(dòng)機(jī)在額定工況下在差動(dòng)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(dòng)保護(hù)兩側(cè)通道的傳輸及調(diào)整誤差，通常取0.1；IN為電動(dòng)機(jī)的額定電流；nTA為電動(dòng)機(jī)電流互感器的變比?？v差保護(hù)動(dòng)作特性如圖1所示:

2.2.2拐點(diǎn)電流Ires.0

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

2.2.3比率制動(dòng)系數(shù)S

整定原則是差動(dòng)元件應(yīng)能可靠躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)在差動(dòng)元件產(chǎn)生的最大差流。

S取0.5。

2.2.4差動(dòng)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(dòng)保護(hù)拒動(dòng)，增設(shè)差動(dòng)速斷保護(hù)。

Id=（2～3）IN/nTA

2.3磁平衡差動(dòng)保護(hù)

整定原則是應(yīng)可靠躲過外部單相接地時(shí)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(jí)絕緣時(shí)取0.0187；PN為電動(dòng)機(jī)額定功率MW；UN為電動(dòng)機(jī)額定電壓kv。

動(dòng)作時(shí)間t1一般取0.1s。

2.4負(fù)序電流保護(hù)

設(shè)置兩段負(fù)序電流保護(hù)，Ⅰ段作為電動(dòng)機(jī)相間短路故障的后備保護(hù)；Ⅱ段保護(hù)電動(dòng)機(jī)的缺相運(yùn)行。

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

（2）動(dòng)作時(shí)間；當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)序保護(hù)具有外部兩相短路負(fù)序電流閉鎖判據(jù)且其斷路器為真空斷路器時(shí):

2.5單相接地保護(hù)

整定原則是被保護(hù)電動(dòng)機(jī)及其配電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，該保護(hù)應(yīng)可靠動(dòng)作，而在其他線路發(fā)生接地故障時(shí)，該保護(hù)應(yīng)可靠不動(dòng)作。

（1）動(dòng)作電流定值:

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

（2）動(dòng)作時(shí)間:

tOP=2～3s

（3）靈敏度校驗(yàn):

式中:C∑為電動(dòng)機(jī)所在系統(tǒng)每相對(duì)地電容；C1為電動(dòng)機(jī)及其配電線路每相的對(duì)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(shí)，保護(hù)動(dòng)作于跳閘；單相接地電流為10A以下時(shí)，保護(hù)可動(dòng)作于跳閘，也可動(dòng)作于信號(hào)。

2.6過熱保護(hù)

高壓電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流過大，或出現(xiàn)負(fù)序電流，均會(huì)使電動(dòng)機(jī)過熱甚至燒壞電動(dòng)機(jī)，在電動(dòng)機(jī)保護(hù)需設(shè)置過熱保護(hù)。

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

電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)動(dòng)作特性方程為:

式中:τ為允許過熱時(shí)間常數(shù)；I∞為電動(dòng)機(jī)長期運(yùn)行所允許的最大電流，t為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。

定值整定:過熱時(shí)間常數(shù)τ應(yīng)由電動(dòng)機(jī)制造廠提供。如無數(shù)據(jù)，對(duì)普通電動(dòng)機(jī)，可取τ=500s。

2.7堵轉(zhuǎn)保護(hù)

電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)或運(yùn)行過程中發(fā)生了堵轉(zhuǎn)，使啟動(dòng)電流不能減小或使電流急劇增大，時(shí)間過長將燒壞電動(dòng)機(jī)。故應(yīng)設(shè)置堵轉(zhuǎn)保護(hù)。

定值整定:

動(dòng)作時(shí)間top=24～30s

2.8低電壓保護(hù)

當(dāng)供電電壓降低或供電短時(shí)中斷后，為防止電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)使供電電壓進(jìn)一步降低，以致造成重要電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)困難或啟動(dòng)不起來，首先要切除一些對(duì)安全運(yùn)行次重要的電動(dòng)機(jī)，以確保重要電動(dòng)機(jī)快速恢復(fù)正常運(yùn)行。重要電動(dòng)機(jī)不裝設(shè)低電壓保護(hù)。通常，廠用電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)的整定值，有兩輪動(dòng)作電壓及兩輪動(dòng)作時(shí)間。

2.8.1第一輪低電壓保護(hù)

第一輪低電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓較高，而動(dòng)作時(shí)間較短。通常在生產(chǎn)上不允許或不需要自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)上設(shè)置。

動(dòng)作電壓定值為:

動(dòng)作時(shí)間為:

其延時(shí)時(shí)間應(yīng)比自動(dòng)重合閘和備用電源自動(dòng)投入的時(shí)間tb大一級(jí)。

2.8.2第二輪低電壓保護(hù)

第二輪低電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓較低，而動(dòng)作時(shí)間長。通常在次重要的電動(dòng)機(jī)上設(shè)置。

動(dòng)作電壓定值為:

動(dòng)作時(shí)間為:

2.9過負(fù)荷保護(hù)

動(dòng)作電流Iop:按躲過電動(dòng)機(jī)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(dòng)作時(shí)間:

式中為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及自啟動(dòng)時(shí)間。

對(duì)于傳動(dòng)風(fēng)機(jī)負(fù)荷的電動(dòng)機(jī):

過負(fù)荷保護(hù)一般動(dòng)作于信號(hào)。

3　微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置使用應(yīng)注意的問題：

3.1保護(hù)電流互感器的選擇

（1）電流互感器保護(hù)級(jí)的選擇；用于一般電動(dòng)機(jī)保護(hù)的電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)選用10P級(jí)。用于差動(dòng)保護(hù)的電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)選用5P級(jí)。（2）電流互感器二次負(fù)載的確定；電流互感器二次繞組所接入的負(fù)荷應(yīng)保證實(shí)際二次負(fù)荷在25%～100%額定二次負(fù)荷范圍內(nèi)。（3）微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部的隔離用電流互感器一次側(cè)電流應(yīng)于電動(dòng)機(jī)主回路的保護(hù)電流互感器的二次側(cè)電流保持一致。（4）準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf的選擇；只要互感器準(zhǔn)確限值電流（Kalf×In）大于保護(hù)最大整定電流（例如電流速斷整定值），可保證保護(hù)正確動(dòng)作。當(dāng)短路電流進(jìn)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(shì)，能保證保護(hù)裝置可靠動(dòng)作。因此，按保護(hù)最大定值確定互感器的準(zhǔn)確限值系數(shù)，則一般電流互感器準(zhǔn)確限值系數(shù)取15～20即可滿足要求。

3.2電流速斷保護(hù)靈敏度的校驗(yàn)

系統(tǒng)短路容量較小，電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，電流速斷保護(hù)可能無法滿足靈敏度的要求，如此，應(yīng)改用差動(dòng)保護(hù)裝置。

4　結(jié)語

微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置現(xiàn)在工礦企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，其微機(jī)保護(hù)定值的整定對(duì)于繼電保護(hù)裝置滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求具有重要意義，且直接關(guān)系到電動(dòng)機(jī)的是否能安全可靠運(yùn)行和電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。本文根據(jù)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的各種故障情況，對(duì)由各種原理構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)保護(hù)的整定計(jì)算方法以及保護(hù)使用應(yīng)注意的問題進(jìn)行了探討，希望對(duì)大家的電機(jī)整定計(jì)算和定值設(shè)置起到一點(diǎn)有益的作用。

［1］李玉海，等.電氣部分電力主設(shè)備繼電保護(hù)的理論實(shí)踐及運(yùn)行案例［J］.中國水利水電出版社，2010.

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