高压电机的保护（共6篇）
高压电机的保护 篇1
摘要：介绍施耐德P241综保装置作为电机保护的常用保护功能配置情况。针对特殊高压电机, 给出P241综保装置的正反转电机回路缺相保护以及电抗器启动电机过负荷保护方案。
关键词：电机保护,正反转,电抗器,P241冶金,原料系统
0 引言
大型冶金企业有大量的高压电机, 中小型高压电机通常配置有电流速断保护、过负荷保护、单相接地保护、负序电流保护、低电压保护等继电保护。本文将结合施耐德P241综保装置介绍高压电机继电保护在原料系统中的应用经验。
1 P241电机保护功能设置
(1) 电流速断保护。原料生产工艺特点决定了高压电机均为远程控制。由于电机需要相对频繁地进行启停控制, 因此采用真空接触器作为主回路的开关电器。然而真空接触器的分断能力有限, 只能切断正常电流和过负荷电流, 不能切断短路电流, 因此短路故障需依靠高压熔断器来切除, P241不设电流速断保护。
(2) 过负荷保护。P241设置了过负荷保护功能, 该保护功能可通过设置热过负荷保护 (装置内部代码为49) 或短路保护 (装置内部代码为50/51) 来实现。
(3) 单相接地保护。P241设置了单相接地保护功能。该保护功能可通过设置接地保护 (装置内部代码为50N/51N) 来实现。由于电机馈线柜仅安装了三相TA, 无独立的零序TA, 因此接地保护中的零序电流由二次侧三相电流合成。考虑到电机启动时, 三相TA变流存在误差, 保护整定宜采用反时限曲线, 以便有效避免采用定时限曲线整定时出现保护误动及不够灵敏等问题。若电机馈线柜设有独立的零序TA, 则可考虑将保护整定为定时限动作。
(4) 负序电流保护。P241设置了负序电流保护功能[1,2]。该保护功能可通过设置负序电流保护 (装置内部代码为46) 来实现。负序电流保护整定式为:
式中, k为负序电流保护系数, 提供灵敏的不平衡保护时取0.2~0.8, 提供断相或反相保护时取0.8~1;Ie为电机额定电流, 时限一般取0.4s。
(5) 低电压保护。P241设置了低电压保护功能。
2 正反转电机回路的缺相保护
2.1 基于负序电流的保护
P241的负序电流保护基于负序电流数值。对于有正反转工艺要求的电机, 如原料破碎系统电机, 电机由正转切换到反转运行后, P241检测到的电流正序分量为0, 负序分量为实际有效值, 此时负序电流保护可能会误动, 因而失去了保护功能本意。理论上可采用文献[3]给出的方法, 通过装置的逻辑输入口将电机正反转状态送入保护装置, 保护装置再通过输入触点状态来判断电机运行状态。电机正转时, A相电流的正序、负序、零序分量为:
式中, a=ej120;Ia、Ib、Ic为三相电流相量;Ia (1) 、Ia (2) 、Ia (0) 分别为A相电流的正序、负序、零序分量。
电机反转时, A相电流的正序、负序、零序分量为:
2.2 基于逻辑功能的保护
目前, P241还未利用负序电流来实现缺相保护, 而是利用其内部逻辑功能来实现。缺相保护功能逻辑如图1所示, I>2设置值低于电机空载电流值。正常运行时, 电机运行三相电流均大于该设置值, 总出口为0;在电机发生缺相故障时, 保护装置检测到仅一相或两相电流大于整定值, 延时1.5s (可设定) , 总出口为1, 缺相保护动作。
3 电抗器启动电机的过负荷保护
3.1 晶体管型继电器的应用
为了更贴切地对经电抗器启动的高压电机实现过负荷保护, 原始设计中, 电机柜采用了2台晶体管型保护继电器。考虑到电机启动与运行时的不同, 其中1台用于启动过程的保护, 时间整定较长;另1台用于正常运行时的保护, 时间整定较短。运行保护继电器的工作电源回路串入了短接柜接触器辅助触点, 在电机启动过程中, 该继电器保护功能退出, 在电机启动完毕后, 短接柜接触器合闸, 接触器辅助触点闭合, 将运行保护继电器工作电源送至运行保护继电器, 由此达到了切换保护的目的。
3.2 P241的应用
经电抗器启动的电机过负荷保护, 国内通常根据电机正常启动过程的电流时间曲线采用一套保护定值。为了更贴切地实现启动及正常运行不同阶段的保护, 建议设置2套保护定值。P241具有逻辑编辑功能 (PSL) , 为设置2套保护定值提供了可能。
2套保护定值的设置:在“配置”菜单内开放“定值组1和定值组2”, “设定组”选择设置为“通过光隔输入选择激活整定值组”。电抗器短接柜接触器状态辅助触点引入P241的光耦输入, PSL里光耦隔离切换定值逻辑如图2所示。电机启动时, 定值组1有效, 提供保护功能;短接柜合闸后, 自动切换至定值组2, 实现预定功能。
4 结束语
随着微机保护软件技术的发展, 保护装置的功能越来越强大。对保护装置进行合理配置, 可更好地满足工业系统中电力设备继电保护的需求。
参考文献
[1]GB/T 14285—2006继电保护和安全自动装置技术规程[S]
[2]中国电气工程大典编辑委员会.中国电气工程大典14卷, 建筑电气工程[M].北京:中国电力出版社, 2009
[3]沈国芳, 杨左勇, 陆志明, 等.一种正反转切换运行异步电机的不平衡保护[P].CN 102299504A
浅谈装有避雷器的高压电机设计 篇2
【摘 要】通过对氧化锌避雷器工作原理的分析，介绍了一种装有避雷器的高压电机结构及接线设计。
【关键词】避雷器；电机；设计
Talking about the design of high-voltage motors equipped with surge arresters
Yu Hai-yang，Zhao Yun，Li Lu
（Xi'an Taifu Simo Motor Co.Ltd Xi'an Shannaxi 710018）
【Abstract】Through analysising working principle of MOA， to introduce the a kind of a structure equipped with a lightning arrester of high-voltage motors and its wiring design.
【Key words】Lightning；Electric motors；Design
1.引言
目前使用的高压电动机均未配置避雷设施，电动机在雷电频发地区使用时由于过电压会对电机绕组绝缘产生损伤，影响电动机安全运行。从而目前急切需要一种能够防雷避雷的高压电机。
2. 氧化锌避雷器的工作原理
氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器，且避雷器的体积小，安装方便可靠，价格比较便宜。利用氧化锌避雷器良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安级），当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到对设备保护的效果。这种避雷器和传统的避雷器的差异是它没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用。高压电动机配装有氧化锌避雷器可对对地绝缘起到一定保护作用，既避免了高压电动机因为过电压绝缘被击穿而损坏，又减少了各种短路事故。
3. 装有氧化锌避雷器的高压电机结构
参见图1，高压电机带有主接线盒和中性点接线盒，高压电机内部定子绕组上设置有两组接线柱，其中一组接线柱连接至电机主接线盒，另一组接线柱连接至电机中性点接线盒内的三个经封星处理后的出线端子。中性点出线盒的出线端子的中性点与氧化锌避雷器相连接。高压电机内部定子绕组上设置的两组接线柱，每组为三根接线，呈六出线结构。六出线结构采用“Y”型接法。
4.安装避雷器的高压电机接线
（1）根据避雷器选用规则、电机电压等级和所要求避雷器的类型和精度等级选用合适的避雷器。
（2）由于操作过电压主要产生在高压电动机相与相之间，所以要求电机定子为星形接法，即电机为星形接法六出线，定子生产时预留六个出线头，U1、V1、W1端子接入电机出线盒内，方便用户使用。
（3）对U2、V2、W2端子用连接片进行封星，中性点用一根连接线连接避雷器，并将避雷器固定在中性点出线盒内，从而保证了避雷器运行的可靠性。
5. 结语
装有氧化锌避雷器的高压电机可通过避雷器有效防止由于雷电过电压、操作过电压而损坏高压电机的绝缘系统，保证高压电机的正常运行。
参考文献
[1] 王秉钧.金属氧化物避雷器[M].北京：水利水电出版社，1992.
[2] 重庆大学.高电压技术[M].北京：电力工业出版社，1985.
高压电机的保护 篇3
1. 事故经过
某制氧厂制氧作业区值班人员发现空压机在没有任何工艺报警情况下突然停机。电气技术人员检查发现电机冷却器和电机本体结合处有黑烟冒出, 并有电器绝缘材料高温烧损的气味。经检测, 三相绕组接地, 查看电机高压综保监控记录, 发现一段PT零序动作信号、母联速断保护动作信号、电机C相比率差动动作信号、电机差动速断动作信号和电机正序电流动作信号。拆下电机冷却器和前后端盖, 发现电机C相线圈后面有一根引出线崩断, 前端匝间短路、定子和电机外壳之间有一定量铜碎末。确认电机烧毁且现场不能修复, 检查前后轴瓦及空冷器良好。事故造成炼钢和轧钢生产线停产近44h, 电机修复时间达1个月, 损失巨大。
2. 原因初判
故障电机是YKS710-4型普通异步交流电机 (功率3600k W、电压等级6k V、额定电流405.1A、转速1491r/min、绝缘等级F、空水冷却) 。此前已运行4年, 使用中未见异常。生产单位分析电机烧毁原因如下。
(1) 操作运行方面。当日值班作业长在巡视完主控室及供水系统, 交接班后一切正常。电机的电压、电流、定子铁芯温度分别是6.2k V、340A和61~68℃ (共6个测温点) , 均无较大变化。在电机停机同时 (3s内) , 电机铁芯温度 (TIA3027) 升高到98.8℃。值班人员在工艺停机操作完成后, 通知相关人员, 事后查看电脑监控记录 (可保存7天) , 未发现违章操作现象。据此排除操作运行引起电机故障的可能。
(2) 外部电网及操作方面。当日夜间无雷雨, 排除大气过电压击穿电机绝缘的可能。各生产线生产正常进行, 没有启动高压设备的厂 (车间) , 排除操作过电压的可能。1个月前, 通往制氧厂的电缆出现B相接地 (施工造成) , 但在规定时间段内停机进行了处理, 按电力设备运行规程, 不应对电机产生较大损伤。
(3) 电机综保方面及110k V变压站。制氧电源取自公司110k V变电站, 母线分段 (Ⅰ、Ⅱ) , 电机故障时的综保装置记录如下。
0:42:36I段PT零序动作
0:45:16母联速断保护动作
0:45:17电机C相比率差动动作
0:45:17电机差动速断动作
0:45:17电机正序电流动作
从上述记录可知, 该电机保护装置均已动作, 证实综保装置正常。110k V变电站在0:42, 6k V母线B相出现1个接地信号, 0:45时, 6k V所带水泥厂、D100空压机甩负荷, 但开关未动作。
(4) 电机方面。对冷却器进行打压试验, 不漏水。查看记录, 电机铁芯温度均不超过70℃, F级绝缘可达140~150℃, 也排除高温导致绝缘迅速老化击穿的可能。
生产单位根据110k V变压站及电机综保历史记录, 结合电机解体, 分析电机BC相线圈在制造时存在绝缘薄弱点, 由于长期运行使其老化击穿, 形成匝间短路、接地, 随后B、C相短路。最终判定电机烧毁是其制造质量引起。
3. 原因确定
通过上述材料可以看出, 电机匝间短路烧毁电机的理由过于牵强, 应该是电机绝缘薄弱地点接地, 因接地保护不完备使事故扩大化, 造成电机烧毁。电机综保装置记录中没有电机接地告警和接地跳闸的记录, 而110k V变电站和制氧厂的综保记录均有I段PT零序动作的记录, 而且此接地记录与母联速断动作的时间竟相差2分40秒, 即从定子绕组接地发展到绕组相间短路近3min。在恢复生产过程中, 检查电路和电气设备, 除电机绕组内部接地外, 没有发现其他接地点。
《继电保护和安全自动装置技术规程》GB/T 14285—2006中的异步和同步电机保护, 4.13.3条规定“对于单相接地, 当接地电流>5A时, 应装设单相接地保护。单相接地电流为≥10A时, 保护动作于跳闸;单相接地电流<10A时, 保护可动作于跳闸也可动作于信号”。由于该厂电缆线路长, 接地总电流达到几十安, 而消弧设备不完善, 在大电弧电流作用下, 电机绝缘损坏相间短路而跳闸。实际上由电机的修理也证实了这点, 由于电机长时间大电流接地, 电机铁芯大面积烧伤。经铁芯铁耗试验, 局部温升严重超标, 必须进行更换铁芯处理, 增加了修理难度、时间和修复费用。因此, 为避免电机绕组接地故障对定子铁芯的损伤, 必须采取相应措施。对于中性点不接地的10 (6) k V配电系统, 安装消弧线圈以补偿接地电容电流, 减小接地点电流的危害。考虑到消弧线圈有可能退出运行, 因此不考虑消弧线圈的作用, 只要接地电容电流>10A, 电机的单相接地保护必须作用于跳闸, 当电机绕组接地时, 继电保护动作, 切断电机主回路, 可靠保护电机。
4. 结束语
正确配置和设定继电保护是电气管理的重要任务, 特别是接地保护由于设计、安装及定值整定不规范很容易误动。有些企业为少影响生产, 不考虑所处电网实际状况, 不按要求配置接地保护或盲目将保护退出运行。这样一旦发生事故, 反而使问题扩大化, 给企业带来不应有的损失。因此, 在工作中一定要弄清各种继电保护的基本原理和目的, 严格执行有关规范和规程要求, 这样才能充分发挥继电保护的作用, 确保企业电力系统安全可靠运行。W13.12-23
摘要：根据某制氧企业高压电机烧毁的事故处理实例, 说明电机继电保护的重要作用和正确设定。
高压电机的保护 篇4
随着智能微机型电机保护的广泛应用和推广, 其这类产品不仅品种繁多, 而且产品质量也非常的可靠。针对我公司现使用的SEL-701型高压电机保护控制器, 它完全具备完整的感应电动机的保护功能, 并且还具有先进的监视、报告、测量和控制等功能。尤其它具有RS-485/232通讯接口, 在实现高压电机智能化的管理上, 更能充分体现出微机型保护的优越性[1,2]。某公司装置区共有14台高压电机, 原高压电机的保护控制器为IMM7990型, 虽该控制器比GL型机械保护控制器先进, 但随着301供电系统微机化管理的不断完善, 该控制器无标准的通讯接口规约t, 无法与301微机系统实现时时通讯, 且该控制器使用年限已久, 元件老化及绝缘故障频繁出现, 基于上述的原因, 为了进一步提高高压电机的可靠运行, 进一步完善301微机化管理的水平。我们逐年对高压电机的保护实施更新改造, 充分发挥了301总变微机化管理的优点, 应用效果十分显著。
1 原高压电机保护控制器存在的问题提出
原高压电机采用的保护控制器IMM7990, 具有的保护功能:不平衡、短路、接地保护、过载、堵转限制启动次数等保护功能项。
通过十几年运行情况来看, 无论是从使用寿命, 还是从继电器本身的保护功能来看, 存在诸多的问题:1) 该继电器为分离插入安装方式, 由于受我厂环境的影响, 继电器底座易吸附尿素粉尘, 造成继电器座绝缘下降, 经常出现供电系统直流控制、操作电源绝缘报警, 对变电所的安全运行构成一定的威胁;2) IMM7990继电器使用年限已久, 继电器内部元件老化严重, 且多次出现误报警。我公司的高压电机保护在未更换智能型控制器之前, 如560PM01A、300PM02A、300PM01B电机的IMM7990继电器已损坏;3) IMM7990继电器虽采用电子元件集成化控制, 但该控制器控制逻辑分析技术较落后。当出现故障报警时, 需通过故障显示代码及动作值进行综合分析、判断具体的故障类型, 对分析结果影响较大;4) IMM7990的通讯规约为非标准的, 无法与301微机系统建立通讯, 无法满足301供电系统的微机化管理。
鉴于上述原因, 我们利用大修逐步进行高压电机保护系统的整改, 目前已完成了8台高压电机保护控制器的更换改造工作。
2 SEL-701保护控制器的功能介绍
SEL-701电机保护控制器采用电子集成化控制技术, 通过逻辑运算实现智能化控制和管理。它不仅具备完整的感应电动机保护功能, 而且还具备很多强大的辅助功能。它可以在线跟踪电动机的负荷及使用情况, 通过事件报告和顺序事件记录器报告来减少故障后的分析时间。在测量方面它可以测量电机三相电流、系统电压、功率因数、频率等等参数, 能直观的掌握电机运行电流显示、电度计量、电机运行时间的统计、断路器跳合闸次数统计等。
由功能框图看出:SEL-701保护功能非常强大, 采用国际标准保护功能代码。继电器内部逻辑运算灵活多样、适应性强, 继电器输出的接点具有可编程功能, 应用极其方便。
3 SEL-701型电机保护控制器的应用
3.1 配置简介
我公司的14台高压电机经过近两年装置大修, 已逐步更换整改了8台高压电机的保护, 将原IMM7990多功能保护控制器更换为SEL-70l智能型, 该保护控制器安装在6KV高压电机开关柜上, 只需在原保护的安装位置处按SEL-701安装尺寸扩孔, 对开关柜整体外观不受任何影响, 各开关柜上新更换SEL-701通讯出口并接, 接入微机实现通讯监控。
3.2 SEL-701与微机通讯、监控的管理
SEL-70l控制器后面板的通讯接口 (C10、C11、C12、C13、C15) , 由一根4芯通讯电缆至原电度表屏内, 接入通讯接口转换器485/232, 经过通讯控制器和网络服务器, 与微机实现通讯管理。运行pestar2.0自动化监控软件, 运行“SSET.EXE”程序或在前台机项打开“设备登记系统配置”, 添加SEL701保护设备, 并在子站进行设备登记以及模拟量、开关量的设置, 运行“运行参数整定项“进行相关报警定义。通过微机进入FRONT.EXE程序界面, 查看高压电机运行实时值。
3.3 电流、电压采样及控制输出接点设置的实现
以公司530PM01A高压电机保护整改为例:SEL-701电流回路取样来自T1、T3 (150/5) 电流互感器, TI/T3电流CT安装在530PM01A高压电机6KV柜内, 在本次整改中电流元件仍采用原保护CT, 将CT二次对应接入SEL-701控制器对应端子, 接线方式采用两元件监测, 端子接线见图2。
在图2中:设置B (08, 09) 接点为90%Ue电压监测控制, B (14, 15) 接点为70%Ue电压监测控制, 以实现系统电压在70%Ue-90%Ue之间波动时, 530PMOIA甩负荷后禁止电机自启动, 对保护系统电压的稳定性起到了很好的控制作用。
530PMOIA控制再启动/卸载控制图修改后, 设置OUT3=70%Ue 30S;OUT2=90%Ue 3S, 其作用是当供电系统电压低于70%Ue超过30S后解除自启动功能;当系统电压瞬时晃电 (低于70%Ue 1S) , 恢复至90%Ue且稳定3S以上, 允许50PM01A实现自启动。
3.4用户程序配置
完成电流、电压回路采样后, 通过继电器面板或窜行通讯接口进行参数设置。该继电器完全满足原IMM7990多功能保护继电器的所有功能, 由OUT1输出接点实现故障保护跳闸, OUT2/OUT3实现高压电机在低电压情况下禁止自启动, 无论是从设备本身安全方面, 还是从稳定系统电压方面都起到了很好的保护作用。
4 结论
完成530PM01A/B/C/D高压电机保护的整改工作, 在次年又完成560PMOIA、300PM02A/B、1OOCM05高压电机的保护的整改。整改后投运至今, SEL-701保护控制器运行稳定、监控正常。在保证高压电机安全稳定运行的条件下, 为化肥装置的长、满、优运行提供了可靠的保证。在今后装置大修期间将逐步完成其它几台高压电机保护的改造, 并充分利用SEL-701的灵活多样的逻辑运算功能, 以达到实现简化6KV高压电机的控制回路的目的, 真真做到高压电机安全、稳定的运行。
摘要：本文以某公司301总变6kV高压电机控制保护系统改造为例, 介绍SEL-701智能型控制器在6kV电机保护中的成功应用。同时, 分析了智能型电机保护控制器的优势, 以及灵活可靠的控制方式。
关键词：高压电机,智能控制器,控制方式记
参考文献
[1]孔德星, 彭红, 匡森.高压异步电动机综合保护器的研究[J].焦作工学院学报:自然科学版, 2002, 21 (5) .
高压注水电机差动保护改造探讨 篇5
采油厂注水站的高压注水电机都到达了使用年限, 需更换新电机, 为配合电网升级改造, 各站都选用了额定电压为10KV的电机, 而线路的电压升级改造工程在短时间内无法完成, 由此而出现了电机就位后, 电网额定电压仍为6KV, 额定电压为10KV的电机要在6KV的额定电压下运行一段时期, 这就要求对电机的一次接线及二次保护接线进行整改。
2 存在的问题
采油厂注水站现在由6KV电机更换为10KV电机, 由于10KV电机出厂时的接线方式为Y形接线, 要在6KV电压下运行必须采用△形接线, 这样一来, 原来的差动保护无法实现, 原来的差动保护原理图如图1所示。
工作原理:差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的, 当注水电机正常工作或区外故障时, 电机首、尾端电流互感器二次电流沿着图1中电流方向
流动 (在两个电流互感器二次构成回路) , 差动继电器1CJ、2CJ无电流流过, 所以差动继电器不动作。当注水电机内部故障时, 电机首、尾端电流互感器二次电流均流向差动继电器1CJ、2CJ, 此时差动继电器动作, 电源开关跳闸, 电机停运。
从注水电机两侧电流互感器二次电流向量图 (图2) 的情况看, 注水电机首、尾端电流互感器一、二次电流均相等, 亦无相位差。
为了将来电压升级改造的需要, 购进10KV注水电机, 由于目前系统还是6KV系统, 所以电机必需改变接线方式, 将Y形接线改为Δ形接线以适应电压要求。此时2000KW注水电机差动保护实现困难, 不仅电机首尾电流互感器电流幅值相差1.732倍, 而且相位相差30度, 如图3、图4所示。
3 解决方案
注水电机采用Δ接线。如此即形成注水电机两侧电流之间有300的相位差, 使得在正常情况下有不平衡电流流入差动继电器。为了消除这种影响, 可将注水电机两侧的电流互感器二次绕组按一定方式接线, 用来校正这种相位差。校正相位差的接线方法是:注水电机首端的电流互感器二次绕组按Y形接线, 而注水电机Δ侧的电流互感器二次绕组按Δ形接线。因Δ形接线和Y形接线可采用不同的连接方法, 因此可能由于电流互感器接线错误而不能形成正确的相位补偿, 导致差动保护发生误动作。
鉴于上述问题, 我们将注水电机首、尾端电流互感器接线进行如下调整, 首先增加B相电流互感器, 然后调整电流互感器二次接线, 具体方案如下:
3.1 定义电机三角连接方式:
A相进线-A相的首端连接B相的尾端;B相进线-B相的首端连接C相的尾端;C相进线-C相的首端连接A相的尾端。
3.2 定义变电站 (注水电机首端) 三相电流互感器一、二次连接方式:
电流互感器一次连接方式:电流互感器L1端定义为电流流进方向, L2端定义为电流流出方向;电流互感器二次连接方式:Y型接线;K2端接至差动保护单元, K1短接接地。
3.3 定义注水站 (注水电机尾端) 三相电流互感器连接方式:
电流互感器一次连接方式:L2电流互感器端定义为电流流进方向, L1端定义为电流流出方向;电流互感器二次连接方式:△型接线, A相线电流为-A相电流互感器的K2端连接B相电流互感器的K1端引出;B相线电流为-B相电流互感器的K2端连接C相电流互感器的K1端引出;C相线电流为-C相电流互感器的K2端连接A相电流互感器的K1端引出。
采取上述方法后, 电机两侧的电流互感器二次电流在幅值和相位上都得到了校正。此时Ia1、Ib1、Ic1为注水电机首端电流互感器二次电流 (线电流) , 超前于Ia2、Ib2、Ic2 (相电流) 300, 且幅值为其√3倍。注水电机尾端电流互感器二次相电流Ia2'、Ib2'、Ic2'通过△型接线调整之后合成的线电流为Ia2、Ib2、Ic2, 幅值与注水电机首端电流互感器二次电流 (线电流) 相等, 相位与注水电机首端电流互感器二次电流 (线电流) 相同。从而实现了注水电机正常工作时, 电机首、尾端电流互感器二次电流流经差动继电器1CJ、2CJ电流为零的设计目的, 而注水电机内部故障时, 故障电流流过差动继电器, 差动保护动作使开关跳闸, 注水电机断电。
接线图如图5所示, 向量图如图6所示:
4 注水电机在起动时差动保护误动作分析
按照上面的分析, 我们认为, 注水电机应该能够正常运行, 但是临盘采油厂盘三注水站3号电机改造完成之后, 电动机起动时出现差动保护误动作的情况。究其原因, 我们认为是因电流互感器特性不理想甚至饱和而导致的。
众所周知, 设计规程中对电流互感器的选型有严格的规定, 要求保护用的电流互感器在通过15倍甚至是20倍额定电流的情况下, 误差不超过5%或10%, 即不出现饱和。而上面提及的出现差动保护误动的情况, 都选用了保护级的电流互感器。经过对注水电动机起动电流的核算, 最大容量的电动机起动时电流大概是额定电流的5～7倍, 远达不到电流互感器额定电流的15倍。那为什么差动保护还会因为电流互感器饱和而误动呢?现场录取的数据表明, 只有A相差动保护动作, B、C两相正常。电流互感器饱和的原因有两种, 一是一次电流过大引起铁心磁通密度过大;二是二次负载过大, 铁心因此而饱和, 调整A相电流互感器之后, 问题解决。
5 注水电机投运后的带载检查
要排除设计、安装、整定过程中的疏漏, 需要对注水电机投运后进行带载检查, 具体内容如下。
5.1 测量差流。
差流是差动保护带负荷测试的重要内容。用钳形相位表依次测出A相、B相、C相差流为0.02A, 对与正常运行中相间不平衡电流引起的差流, 差动保护一般不进行补偿, 而采用带动作门槛和制动特性来克服, 所以, 测得的差流不会等于零, 要根据具体情况确定, 差流合格说明设计、施工问题不大, 但是不能说完全没有问题, 要作进一步测试。
5.2 各侧电流的幅值和相位。
只凭借差流判断差动保护正确性是不充分的, 因为一些接线或变比的小错误, 往往不会产生明显的差流, 且差流随负荷电流变化, 负荷小, 差流跟着变小, 所以, 除测试差流外, 还要用钳形相位表在保护屏端子排依次测出变压器各侧A相、B相、C相电流的幅值和相位 (相位以一相PT二次电压做参考) , 相序、相位均符合要求。即每侧A相、B相、C相电流幅值基本相等, 相位互差120°, 即A相电流超前B相120°, B相电流超前C相120°, C相电流超前A相120°。
参考文献
[1]贺家李, 宋从矩.电力系统继电保护原理.
[2]陈永琳.电力系统继电保护的计算机整定计算.
[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统.
高压电机的保护 篇6
在采用CB-6073型电机微机综合保护装置替代10kV、5000kW同步电机原有保护继电器的技改中,由于两者之间存在一定差异,因此,需根据原继电保护要求对CBZ-6073型微机综合保护装置的保护类型、保护参数进行设置,以保证装置能够正常工作,起到相应的保护作用。
1 微机综合保护装置的特点
CBZ-6073型微机综合保护装置采用模块化设计,其集成度高,通过修改软件便可实现不同保护功能,而无需更改硬件配置。它以过流幅值、负序电流和零序电流分量作为基础的故障判据,实现对电机的保护和监测;利用负序和零序分量可鉴别电机的各类不对称故障,而过载、短路等以过流为特征的对称故障则可通过检测电流幅值来判断。
2 保护功能选择
根据原继电保护投入项目,并结合CBZ-6073综合保护装置的特点,5 000kW同步电机选择投入以下保护类型:
(1)差动保护。为了防止电机发生相间或匝间短路,设置了纵联差动保护,通过判断电机首、尾端电流的差值来实现,作用于跳闸。综合继电保护装置对差动保护采用分相式,即A、B、C任一相保护动作均出口。
(2)过流反时限保护。该保护是为防止电机或驱动设备发生堵转等情况导致电机定子电流过大而设置的,通过判断电机正序电流大小来实现,作用于跳闸。
(3)电流速断保护。该保护是电机发生短路故障时的主保护,通过判断正序电流的大小来实现,作用于跳闸。
(4)零序过流保护。电机电源电缆安装有零序互感器,当发生单相接地故障时,互感器一次侧便出现零序电流,二次会有相应的输出,保护装置以此作为判据,作用于跳闸。
(5)低电压延时保护。供电电压太低可引起电机过流甚至堵转,因此装设低电压延时保护。当Uab,Ubc有一相低于整定值时,低电压保护经延时后作用于跳闸。为防止TV断线时低电压保护误动,采用电流闭锁。
(6)低电压强励预告。当系统电压低于电机额定电压85%时,保护装置输出接点闭合,使励磁系统输出1.4倍满载励磁电流。
(7)电流互感器(TA)断线告警。为了防止TA意外断线而造成的电流互感器损坏及人身伤害,综合保护装置中设置了TA断线告警,作用于预告信号。
(8)电压互感器(TV)断线告警。为避免电压互感器二次侧因意外断线而导致正常情况下电机低电压保护跳闸,综合保护装置中设置TV断线告警,作用于预告信号。
3 综合保护装置的继电保护整定值
3.1 差动保护
3.1.1 原整定参数
原采用DL-11/10型电流继电器来实现纵向差动保护,电流整定值为7.5A,瞬时动作。
3.1.2 综合保护装置整定参数
综合保护装置差动保护类型设定为比率差动。当满足以下条件时比率差动保护动作:运行电流If小于制动拐点电流Igd,且差动电流Icd大于差动保护门坎定值Icdqd时,保护出口动作;当If>Igd时,差动保护启动电流值在Icqd的基础上按照一定比率关系线性增加。其制动特性如图1所示。
针对比率差动保护,综合保护装置有3个设定项:差动保护门坎定值Icdqd、比率系数K、制动拐点电流Igd。原比率系数K为0.5,电机基本在额定电流下运行,因此将制动拐点电流Igd设定为1倍In额定电流),即4.3A;Icdqd设定原则为躲过电机在启动及运行时因互感器特性差异而导致的最小差动电流值,Icdqd可取(0.5～1)In,确定Icdqd=1In≈4.3A,与原整定值基本一致,同时也可保证动作的可靠性及灵敏性。
3.2 过流反时限保护
3.2.1 原整定系数
原采用Gl-22/10型电流继电器实现过流反时限功能,整定动作电流为6A,2倍动作电流允许过负荷时间为22s。
3.2.2 综合保护装置整定参数
(1)过流反时限动作电流Iset整定。综合保护装置的返回系数可达0.95,因此综合保护装置动作整定电流为:
式中,KK为可靠系数,取1.2;Ki为电流互感器变比,400/5;Kjx为接线系数,取1.0;Kf为返回系数,取0.95;IN为电机额定电流,344A。
因此,根据计算结果将综合保护装置过电流反时限动作电流Iset整定为5.4A。
(2)在保护时限特性上,综合保护装置的过流反时限特性曲线采用了IEC标准,其反时限特性公式为:
式中,Iset为整定动作电流,取5.4A;t为延时时间;I为反时限动作电流;Tset为延时常数。
综合保护装置在反时限特性上与原GL-22/10型电流继电器有细微差别,因此在原继电保护反时限要求U=12A,t=22s)的基础上并结合综合保护装置的反时限公式(2)计算出综合保护装置反时限过流保护的延时常数Tset≈2.53,以此进行设定。保护校检时同样按照此点考核保护装置的时限特性。
3.3 电流速断保护
3.3.1 原整定参数
原采用GL-22/10型电流继电器实现速断保护,整定值为42A,0.1s速动。
3.3.2 综合保护装置整定参数
综合保护装置对电流速断保护有3个设定项:启动后速断电流整定值Ihset、启动时速断电流整定值Isset、速断延时Tset。
该5 000kW同步电机采用串连电抗器降压启动,降压启动最大电流为1 420A,外部短路电流最大值为1 940A,因此,二次动作电流按整定。二次动作电流为:
式中,KK为可靠系数,取1.8。
Ihset、Isset都按计算整定为43.7A;速断延时Tset设置为0.02s。
3.4 零序过流保护
3.4.1 原整定参数
原零序过流保护由零序电流互感器及二次侧DD-11/60型接地继电器构成。零序互感器一次动作电流计算值约为1.3A,继电器整定电流为20mA。
3.4.2 综合保护装置整定参数
综合保护装置对零序保护有1个设定项:零序保护整定电流I0set。由于二次侧负载由原接地继电器线圈变为综合保护装置零序电流输入线圈后,未对零序电流互感器进行更换,可能导致二次感应电流变化,因此,零序保护的设定须以零序电流互感器一次动作电流整定为基准。经过模拟试验验证,当零序互感器一次电流为1.3A时,其二次感应电流值为30mA,因此将零序保护整定电流I0set设定为0.03A。
3.5 低电压延时保护
3.5.1 原整定参数
原低电压延时保护由电压继电器DJ-122A实现电压检测,并配合DS-113C型时间继电器实现延时跳闸功能,电压继电器整定电压Uab和Ubc均为50V,时间继电器整定为9s。
3.5.2 综合保护装置整定参数
综合保护装置对低电压延时保护有3个设定项:低电压整定值Uset、TV断线闭锁电流定值Iset、动作延时Tset。与原继电保护整定数值对照,将Uset设定为50V,Tset设为9s。Iset作为TV断线的闭锁电流定值,设定为0.1A(换算为一次侧是8A)。
3.6 低压强励保护
3.6.1 原继电保护整定参数
原低电压强励保护由电压继电器DJ-122/160实现电压检测,其出口接点作用于预告及强励接触器,强励启动整定值为线电压,Uac=85V。
3.6.2 综合保护装置整定参数
(1)综合保护装置对低电压延时保护有3个设定项:低压强励启动电压定值Ulset1、低压强励闭锁电压定值Ulset2、保护延时Tset。综合保护装置与原继电保护对照,将Ulset1设定为85V,Ulset2设定为50V。
(2)综合保护装置设置闭锁电压Ulset2主要是防止TV断线或系统意外停电导致电机长期强制励磁,致使电机转子线圈烧坏。Ulset2≤Uab,Ubc,Uca≤Ulset1时,强励出口接点输出;在整定区间外,强励不会动作。强励作用于预告报警,保护延时Tset设定为0.02s。
3.7 TV断线告警整定数值
综合保护装置对TV断线告警有2个设定参数:TA检无流定值Iset、TV断线检无压的电压定值Uset。综合保护装置的判断原则是检测电压、电流同时达到设定值,如由TV断线导致的电压下降小于Uset,同时检测电流大于Iset,那么保护器认为TV断线,并输出预告告警接点。Uset整定为20V,Iset整定为0.1A(换算成一次电流为8A)。
3.8 TA断线告警整定数值
TA断线告警有1个设定项:TA断线检无流的电流定值Iset。其整定原则是小于电机启动或运行时的最小电流。根据电机在启动及运行中的实际电流值,将Iset设定为0.1A(换算为一次为8A)。
4 结束语
实践证明,微机综合保护装置选择的保护功能和整定的参数能满足电机继电保护的选择性、速动性、可靠性和灵敏性的基本要求,没有出现因保护整定值不合理而损坏电机、保护误动跳闸的情况。微机综合保护装置和CBZ6001Z通信管理装置通过CAN连接,再通过RS-232接口与上位机组成监测系统,实现了远程保护投退、参数修改、运行记录等功能,大大提高了电机保护系统的自动化程度。
摘要：介绍一台10kV、5 000kW同步电机微机综合保护装置保护项目的选择、保护参数的计算及整定过程。
关键词：电机,综合保护,整定
参考文献
[1]许建安.继电保护整定计算[M].北京:中国水利水电出版社,2001
[2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京:中国电力出版社,1999
[3]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理中[M].北京:中国电力出版社,1994
[4]贺家李.电力系统继电保护原理(增订版)[M].北京:中国电力出版社,2004
[5]王梅义.电网继电保护应用[M].北京:中国电力出版社, 1999