吳海杰+黃景昊

【摘 要】廠用電動(dòng)機(jī)的可靠運(yùn)行對(duì)核電廠的安全運(yùn)行至關(guān)重要，文中闡述了6kV中壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)元件的動(dòng)作配合原則，并簡(jiǎn)單介紹了核電廠6kV電動(dòng)機(jī)常用的保護(hù)類型，最后探討了一些在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中易出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)誤動(dòng)問題。

【關(guān)鍵詞】核電廠；中壓電動(dòng)機(jī)；保護(hù)配置；誤動(dòng)

0 引言

核電廠在生產(chǎn)電力過程中，有大量的以電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備用以保證反應(yīng)堆、汽輪發(fā)電機(jī)組等主設(shè)備和輔助設(shè)備的正常運(yùn)行[1]。因此，電動(dòng)機(jī)的可靠運(yùn)行與核電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行密切相關(guān)，電動(dòng)機(jī)故障后，若保護(hù)拒動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀，而電動(dòng)機(jī)保護(hù)誤動(dòng)則可能會(huì)導(dǎo)致停機(jī)停堆。

1 6kV電動(dòng)機(jī)的保護(hù)配合

在核電廠中，額定功率大于1000kW的電動(dòng)機(jī)由斷路器柜供電，額定功率小于或等于1000kW的電動(dòng)機(jī)由熔斷器-接觸器柜（F-C柜）供電。在由斷路器柜供電的電動(dòng)機(jī)饋線中，電動(dòng)機(jī)的過載、短路等保護(hù)均通過綜合保護(hù)裝置出口至斷路器的分閘脫扣器實(shí)現(xiàn)；在由F-C柜供電的電動(dòng)機(jī)饋線中，電動(dòng)機(jī)保護(hù)由熔斷器的一次保護(hù)和綜合保護(hù)裝置的二次保護(hù)配合共同完成[2]。熔斷器作為保護(hù)電器，可在大故障電流下斷開回路提供短路保護(hù)，在小故障電流或過載情況下借助綜合保護(hù)裝置由真空接觸器斷開回路提供過載保護(hù)。

在F-C回路控制的電動(dòng)機(jī)保護(hù)配合中，熔斷器的安秒特性曲線和綜合保護(hù)裝置特性曲線交點(diǎn)以下的電流由接觸器開斷，且該交點(diǎn)處的電流必須小于接觸器開斷能力；交點(diǎn)以下的電流由熔斷器開斷，當(dāng)故障電流超過接觸器開斷能力時(shí)，必須能保證熔斷器能可靠動(dòng)作，且綜合保護(hù)裝置應(yīng)閉鎖保護(hù)出口。

2 6kV電動(dòng)機(jī)的保護(hù)類型

核電廠6kV電動(dòng)機(jī)裝設(shè)的保護(hù)有差動(dòng)保護(hù)、綜合保護(hù)和低電壓保護(hù)，其中綜合保護(hù)包括過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、單相接地保護(hù)等。

2.1 差動(dòng)保護(hù)

根據(jù)壓水堆核電廠的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[3]，由斷路器柜供電的電動(dòng)機(jī)饋線中，額定功率在2MW及以上的電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；對(duì)未裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)僅保護(hù)電動(dòng)機(jī)繞組而不包括電纜時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。海南昌江核電廠對(duì)一些特別重要的電機(jī)如主泵、主給水泵和循環(huán)水泵電機(jī)，通過ABB的SPAE010高阻抗保護(hù)裝置，配置了縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為相間保護(hù)的主保護(hù)。

2.2 綜合保護(hù)

對(duì)于斷路器柜，過流保護(hù)作為差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù)；對(duì)于F-C柜，熔斷器可切除高倍數(shù)的短路故障電流，低倍數(shù)短路電流的切除由電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置的過流單元實(shí)現(xiàn)。在核電廠中需要注意的是，當(dāng)6kV安全級(jí)廠用電動(dòng)機(jī)由柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急供電時(shí)，由于柴油發(fā)電具有較低的短路容量，可能不足以使熔斷器熔斷，因此必須設(shè)具有很短延時(shí)的過電流保護(hù)，動(dòng)作于接觸器切除低值短路故障。

對(duì)于6kV電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)，一般是通過電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置的熱過載單元來保護(hù)電機(jī)避免短時(shí)和長(zhǎng)時(shí)過載；對(duì)于單相接地故障，則是通過無方向接地故障單元來進(jìn)行保護(hù)，可動(dòng)作于跳閘，也可動(dòng)作于信號(hào)。海南昌江核電廠采用ABB的SPAM150C電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置對(duì)6kV電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合保護(hù)，可實(shí)現(xiàn)熱過載、高整定過流、相不平衡和單相接地等保護(hù)，除了單相接地保護(hù)動(dòng)作于報(bào)警，其他保護(hù)均動(dòng)作于跳閘。

2.3 低電壓保護(hù)

電動(dòng)機(jī)裝設(shè)低電壓保護(hù)并不是為了反映電氣故障，而是為了重要電機(jī)的自啟動(dòng)。在核電廠中，對(duì)于非安全級(jí)廠用電動(dòng)機(jī)，當(dāng)母線長(zhǎng)時(shí)間（t>10s）失壓時(shí)，切斷全部電動(dòng)機(jī)饋線，以防止當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的意外自啟動(dòng)；對(duì)于安全級(jí)廠用電動(dòng)機(jī)，由于在由正常電源向應(yīng)急電源切換過程中及由應(yīng)急電源供電的任何時(shí)間都應(yīng)保證對(duì)負(fù)荷的供電，因此不裝設(shè)低電壓保護(hù)。

3 實(shí)際應(yīng)用中需要注意的問題

3.1 不平衡保護(hù)誤動(dòng)

電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序電流和三相不平衡度較小，為保證不平衡保護(hù)的靈敏度，一般按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)序電流整定。因此，不平衡保護(hù)整定值較低（20%-30%），時(shí)限也較小（1-2s）。如此，在電動(dòng)機(jī)斷相或內(nèi)部不對(duì)稱故障時(shí)，不平衡保護(hù)能快速可靠動(dòng)作；但是在外部短路嚴(yán)重或電壓波動(dòng)時(shí)，容易造成保護(hù)誤動(dòng)。

某廠廠用電機(jī)在變壓器合閘時(shí)三相不平衡保護(hù)誤動(dòng)作，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)該廠6kV電機(jī)采用的是反時(shí)限電流不平衡保護(hù)，動(dòng)作時(shí)間為一個(gè)電流不平衡度ΔI和設(shè)定值ΔT的函數(shù)。在相同的電流不平衡度ΔI下，設(shè)定ΔT值越小，動(dòng)作時(shí)間越快。變壓器合閘時(shí)由于勵(lì)磁涌流和和應(yīng)涌流使電機(jī)三相電流不平衡度較大，最終導(dǎo)致不平衡保護(hù)誤動(dòng)作。

實(shí)際上，三相電流不平衡時(shí)會(huì)引起負(fù)序電流，使電動(dòng)機(jī)逆轉(zhuǎn)矩增加，溫度上升，此時(shí)電機(jī)的過熱保護(hù)已能提供保護(hù)；嚴(yán)重不平衡時(shí)，單相接地也能起到保護(hù)作用，所以沒必要要求不平衡保護(hù)具有較高的靈敏度，可將不平衡保護(hù)的延時(shí)時(shí)間延長(zhǎng)或?qū)⒈Ｗo(hù)出口動(dòng)作于信號(hào)而非跳閘。

3.2 速斷保護(hù)誤動(dòng)

電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置一般都將電流速斷保護(hù)定值整定為額定電流的10-12倍，而實(shí)際上電機(jī)起動(dòng)后的正常運(yùn)行電流并不大，所以速斷保護(hù)的靈敏度并不理想。為了提高保護(hù)靈敏度，一些保護(hù)裝置將電流速斷保護(hù)分為電機(jī)啟動(dòng)階段和正常運(yùn)行階段分別整定，將電機(jī)啟動(dòng)后的電流速斷保護(hù)定值整定為一個(gè)較低值，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)保護(hù)定值自動(dòng)加倍或整定為10-12In，如此雖然具有較高的保護(hù)靈敏度，但是當(dāng)母線電壓發(fā)生變化時(shí)，電流速斷保護(hù)可能會(huì)誤動(dòng)作。一方面，當(dāng)外部發(fā)生短路故障時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)磁通不能突變，繞組仍有較大的電動(dòng)勢(shì)，使電動(dòng)機(jī)向故障點(diǎn)反饋電流；另一方面，備用電源切換期間，母線電壓降低后又迅速恢復(fù)，而保護(hù)裝置不一定能判別出電機(jī)啟動(dòng)過程，使得電機(jī)啟動(dòng)電流大于電流速斷低值，導(dǎo)致電機(jī)誤跳閘，使備用電源自投失去意義。

核電廠6kV系統(tǒng)慢切換過程中，為了減少切換成功后電動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)對(duì)輔變的沖擊，電動(dòng)機(jī)一般都設(shè)定為跳閘，唯一例外的是為了滿足汽機(jī)冷卻需要仍保留了SRI（常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)）泵，所以在整定過程中，SRI泵電機(jī)的電流速斷保護(hù)低值必須經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證后方可投入。

3.3 熱過載保護(hù)誤動(dòng)

4 結(jié)語

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置的功能將更完善，成本也將更低，但是在實(shí)際使用前必須理解保護(hù)裝置中各保護(hù)單元整定值的含義，否則很有可能導(dǎo)致電機(jī)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：許麗]