電動機的反時限保護特征在企業的運行分析

孟慶武，車郁

（1.本溪鋼鐵股份有限公司計控廠，遼寧本溪117000；2.本溪市電視臺，遼寧本溪117000）

電動機的反時限保護特征在企業的運行分析

孟慶武1，車郁2

（1.本溪鋼鐵股份有限公司計控廠，遼寧本溪117000；2.本溪市電視臺，遼寧本溪117000）

論述了電機的反時限保護在企業的運行特征，并針對本鋼應用的電磁型GL反時限繼電器存在的問題進行剖析，并詳細介紹了目前廣泛應用的電動機的微機型綜合保護裝置，并以國內兩個系列產品作為例子進行分析論述，闡明了微機型綜合保護裝置在企業實際工況中的應用和注意的問題。

反時限；保護；綜合保護裝置；電動機

1 引言

本鋼供電系統近年來的改造與新建項目，對電機的保護廣泛采用了綜合保護裝置，與傳統的GL型繼電器相比，其反映故障更靈敏，且可視化，可以監測電機啟動與運行時的電流與電壓，所以更可靠地實現了對電機的故障判斷與分析。

2 定時限與反時限過流保護的原理

定時限過電流保護一般作為主保護的后備保護，保護動作時限是固定的，與短路電流大小無關。為了滿足保護選擇性的要求，保護裝置動作時間是從用戶到電源逐級增加，越靠近電源，保護動作時間越長。保護特性的形狀像一個階梯，故亦稱為梯形時限特性。

反時限過電流保護是指動作時間隨短路電流的增大而自動減小的保護。使用在輸電線路上的反時限過電流保護，能更快地切除被保護線路首端的故障。反時限特性：流過熔斷器的電流越大，熔斷時間越短。反時限就是保護裝置的動作時間與通過繼電器的電流(或故障電流)大小成反比關系。

由于反時限過流保護的動作電流隨時間變化的特點，與電動機的過負荷曲線（過熱曲線）非常一致，一般要求過負荷裝置的時限特性最好是與電動機的過負荷特性一致，并比它稍低一些，按照這一要求，6～10 kV電動機的過負荷保護裝置一般采用有反時限特性的過電流繼電器。

3 傳統的GL型繼電器

3.1 GL型反時限過電流繼電器的特性

最初在電機過負荷保護中廣泛采用的是GL型繼電器，一般為GL-10（20）型反時限過流繼電器，這種型號的繼電器由感應型反時限元件和電磁型速斷元件兩部分組成。感應型的電流繼電器的動作時間隨電流增大而減小的特性稱作反時限特性，當電流增大到某一數值時，磁路飽和，電磁轉矩不再增加，動作時間保持恒定，此即定時限特性。GL-10系列繼電器的感應元件的定時限部分約在大于10倍動作電流時出現。繼電器的動作電流可用改變電流整定插孔的位置來整定。動作時間的曲線整定則由改變時間整定把手來整定。電磁型速斷元件的整定利用整定旋鈕改變銜鐵右端與電磁鐵之間的間隙，可以改變速斷元件的動作電流，此間隙越小，速斷元件的動作電流越小，其范圍可達感應元件動作電流的2～8倍。

3.2 GL型反時限過電流繼電器的特點

優點：所用繼電器數量大為減少，一種GL型電流繼電器就基本上能取代定時限過流保護的電流繼電器、時間繼電器、中間繼電器和信號繼電器等一系列繼電器，因此投資少、接線簡單，而且可同時實現電流速斷保護。由于GL型繼電器的觸點容量大，所以可直接接通跳閘線圈，且適合交流操作。

缺點：動作時間整定比較復雜，繼電器動作誤差較大，當短路電流較小時，其動作時間可能相當長，延長了故障持續時間。

在目前本鋼發電廠三電車間還在采用GL型繼電器作為11臺爐電機的保護，但在實際應用中常出現燒接點，且在電機啟動時常常起不來，為保證其正常啟動，有的已無法整定。

供水廠三水源變電所的電機保護屏（采用的是GL-10系列產品）就設定在水泵電機的附近，GL型繼電器受震動后誤動，造成電機啟動時無法正常啟動。

針對上述存在問題，目前本鋼各在線廠礦在新建及改造項目時采用了綜合保護裝置作為了電機的主后備保護，在實際運行中，綜合保護裝置確實體現出優越性。

4 綜合保護裝置反時限的保護原理

4.1 綜合保護裝置反時限保護的原理

目前本鋼各廠礦采用的電機保護裝置主要有DCAP-3010、3011及DEP-595N、DEP-850N及西門子的7UM62等，按其采用的基本原理可分為三種反時限方式，即：一般反時限，非常反時限，極端反時限。各個廠家在其計算方法上有所區別，以國內廠家進行比較和分析。

DCAP-3000系列的一般反時限原理：

式中，FS——反時限系數；

I——主回路二次電流；

Ip——反時限保護啟動電流；

t——動作時間。

DEP系列反時限保護（過流3段）依然分為三類：

式中，TP——時限定值；

I——動作量（對應過流3段，I為最大相電流）；

Ip——動作定值（對應過流3段，Ip為過流三段定值）。

從其判別公式來看，其基本原理是相同的，主要利用整定反時限的啟動電流與反時限的曲線系數來確定某一條反時限的曲線。由于反時限特性和反時限參數可設置，可組成無數個反時限曲線簇供用戶選擇，適用范圍廣，在實際應用時，可根據設備的運行曲線選擇合適的反時限特性曲線。

4.2 兩種綜合保護裝置反時限保護的區別

DEP-595N及DEP-820保護裝置的反時限保護曲線只能設定一條，也就是說在設定時要求整定人員需綜合考慮電機啟動和運行兩種情況，同時需根據電機的負荷情況，根據電機是風機類、球磨類、水泵類、空壓機類以及是否帶載啟動方式來綜合考慮。

DCAP-3010、DCAP-3010A保護裝置的反時限保護可以設定啟動前與啟動后兩條曲線，啟動前與啟動后根據判斷斷路器的開關位置，用啟動時間劃分啟動與運行，在實際應用中這種設計思維為整定人員的設定定值提供了方便，同時實現了對電機本身啟動與運行情況的全方位保護。

4.3 反時限保護裝置的整定舉例

4.3.1 DCAP-3010A保護裝置

供水廠三連鑄水處理變電所的轉爐氧槍供水采用的是紫光DCAP-3010A，水泵為560 kW的籠型電機，其額定電流為40.4 A，其回路的電流互感器的變比為100/5，在考慮其過負荷保護時，整定時考慮采用其極端反時限曲線，因為極端反時限的保護整定原理與能更好地與配電系統或工業供電系統的熔斷器配合，尤其適合電動機的過負荷特性。

DCAP-3010A裝置在反時限保護設定時需要電機的額定電流，同時整定兩條曲線，即反時限啟動前曲線和反時限啟動后曲線，同時根據電機的運行和啟動工況設定啟動時間，反時限保護根據裝置的實際設定在過流3段保護，曲線分為0代表是極端反時限，1代表非常反時限，2代表一般反時限。

根據560 kW電機的實際參數設定了啟動前曲線與啟動后曲線的系數為50，啟動前電流設定在2.2Ie，啟動后電流設定在1.1Ie，根據反時限曲線的極端反時限原理公式，計算出在啟動后正常運行時2.5Ie時t=12 s＜15 s。啟動時的6Ie時，t=7.8 s，在實際水泵電機的運行及啟動過程中，此種設定滿足其要求，且起到了很好的保護作用。

4.3.2 DEP-595N保護裝置

二鐵新料場二期解凍庫引風機4臺，電機容量均為315 kW，額定電流23.5 A，整定值如下所示：

整定過流三段：電流2.6 A 1.1Ie

整定時間：TP=6

最初由于電機啟動電流整定為1.1×2.27=2.5考慮TP=4

4臺電機均未啟動起來，根據保護裝置報文顯示：

1#電機動作報文：5：26：.49.732

5：26：.58.757

動作電流為14.25 A，動作時間為9.025 s。

其余電機均差不多時間，電流最大為14.66 A即6.24Ie將TS改為5后，

1#電機動作報文：06.18.494

06.0 7.228

此時動作電流為14.04 A；動作時間為11.26 s，電機仍未啟動起來。

將TS改為6后，過流三段定值按照名牌上的額定電流改為2.35 A×1.1=2.59 A，取2.6 A。

1#、2#、4#一次啟動成功，但3#未成功，后問及是否風門未關嚴，操作工人稱是，后將風門關緊后一次啟動成功。

根據上述堆取料機啟動時的報文及動作情況，DEP-595N保護裝置的反時限保護功能是只可以設定一條曲線，故在整定時必須兼顧啟動與運行，但實際情況是，有些電機的運行工況不是理想的，如風機的風門關不嚴，取料機的負荷在冬天時負載重等，故給啟動和整定帶來了很大阻礙。就此問題也曾與廠家進行了探討，希望能對反時限保護的啟動和運行曲線進行區分。目前DEP-859保護裝置的過流3段（即反時限保護）設定時增加了最長啟動允許時間的判據，在最長啟動允許時間內，過流3段保護不參加運行啟動，在超過啟動時間后，過流3段保護啟動運行。這種設計，利用啟動時間避開了啟動時的大電流，在啟動時間內有故障利用過流1段的瞬動保護將故障切除，而過流3段的定值也可以只考慮運行時的電機過載情況。

5 總結

電機的保護廣泛采用綜合保護裝置，綜合保護裝置是智能的，能夠對故障進行自診斷，且易于發現隱患，如可以在線監測運行設備的電流電壓等參數，同時維護調試也方便，將來隨著設備的不斷改造，會對所有的設備采用綜合保護裝置，提高供電可靠性。

[1]丁書文，黃訓成，胡起宙.變電站綜合自動化原理及應用[M].北京：中國電力出版社，2001.1-8.

[2]高有權，張杰.工業企業繼電保護[M].北京：水利電力出版社，1984.242-244.

The Operation Characteristic of M otor Reverse-tim e Protection in Steel Enterprises

MENG Qingwu1，CHE Yu2
(1.MeasurementControlPlantofBenxiIron&SteelCo.,Ltd.;2.BenxiTVStation,Benxi,Liaoning117000,China)

The operation characteristics of motor inverse-time protection in steel enterprises were discussed.Application problems of the existing electromagnetic GL inverse-time relays in Benxi Steel were analyzed.Computerized comprehensive protection device for motor currently widely used were introduced in detail;and attention points in application of the computerized comprehensive protection device under the actual operation conditions of steel companies were presented,taking two types of domestically made protection devices as examples.

inverse time;protection;comprehensive protection device;electric motor

TM77

B

1006-6764(2014)12-0009-02

2014－06－18

孟慶武（1975－），男，1998年畢業于遼寧大學物理系，電氣工程師，現從事電力系統繼電保護工作。