大功率冷卻水泵保護配置及整定計算淺析

唐可偉

(攀枝花攀鋼設計研究院有限公司,四川攀枝花 617023)

大功率冷卻水泵保護配置及整定計算淺析

唐可偉

(攀枝花攀鋼設計研究院有限公司,四川攀枝花 617023)

大功率冷卻水泵具有起動條件嚴重,起動難度大,運行過程復雜等特點,且運行過程中易發生相間短路故障、單相接地故障及失電故障。本文以功率為2000kW的電爐冷卻水泵保護配置為出發點,結合工程實例,對大功率冷卻水泵的保護做初步探究。

大功率冷卻水泵 保護配置 整定計算

1 前言

在冶金行業的電爐冶煉過程中，一般會采用很多大功率冷卻水泵電機來完成冶煉過程中的冷卻工作。這些水泵如果突然斷電會燒壞爐壁、爐殼、風口、渣口和鐵口水套等設備，使生產造成重大損失，甚至危及現場工作人員的生命安全。但是，由于大功率水泵起動條件嚴重，起動難度大，運行過程復雜，且運行過程中易發生各種故障，如：相間短路故障、單相接地故障及失電故障等，所以必須裝設必要的保護。

通常，大功率冷卻水泵的保護需裝設相間短路保護、單相接地保護、低電壓保護及過負荷保護。

相間短路保護應采用以下方式：

(1)電流速斷保護：宜采用兩相式，可以用GL型繼電器構成兩相不完全星型連接方式；對于容量相對較小的水泵，也可以采用兩相一繼電器接線。(2)縱聯差動保護：用于功率為2000kW及以上或功率小于，h5J/O1{3fZG電力自動化，變電檢修，繼電保護，遠動通信，電力技術，高壓試驗，輸電線路，變電運行，整定計算，規章規程，電力論壇，電力技術，高壓實驗，電網，供電局，供電公司，電業局或或2000kW裝設速斷保護不能滿足靈敏度要求的水泵。一般采用三相式，對于功率小于5000kW的水泵，可以采用兩相式。

動作電流按躲過電動機的最大啟動電流來整定，相間短路保護裝置應無時限動作于跳閘。

單相接地保護：

當接地電流(自然接地電流)大于5A時，裝設單相接地保護，保護裝置由零序電流互感器及電流繼電器實現。當接地電流＞10A時，保護裝置動作于跳閘；當單相接地電流為≤10A時，動作于跳閘或信號。當保護裝置靈敏性不夠時，允許帶短時限(0.5～1s)動作于跳閘。

低電壓保護，帶時限動作于跳閘：

(1)用于電源電壓短時降低或中斷時，不需要自起的水泵，或為保證重要水泵的自起需斷電的次要水泵，或者在冶煉中不允許自起的水泵。電壓繼電器按60%-70%Ued整定，動作時間取0.5s。(2)需要自起但根據保安條件在電源電壓長時間消失后需從電網自動斷開的水泵，電壓繼電器按30%-50%Ued整定，動作時間取5-10s。

過負荷保護：

(1)用于生產中易發生過負荷的水泵，保護裝置應帶時限動作于信號、跳閘或自動減載。(2)用于起動或自起動條件嚴重(直接起動時間≥20s)的水泵，需防止起動時間過長，保護裝置應帶時限動作于跳閘，時限避開水泵的起動時間，若負荷為沖擊負荷時，需避開水泵允許生產過程中短時沖擊負荷的持續時間，一般取10-16s。

動作電流按躲過電水泵最大起動電流整定，也可利用速斷保護的反時限過電流裝置實現。

2 水泵保護原理圖(圖1)

圖1 功率≥2000kW水泵的保護原理圖

3 工程實例

瑞鋼工業有限公司電爐冷卻水泵功率為2000kW，選用電流互感器變比為200/5，保護裝置采用THINKBOY電機保護裝置。電爐冷卻水泵保護采用相間短路保護(電流速斷保護)、過負荷保護、低電壓保護及單相接地保護共計四種保護。

其中相間短路保護、過負荷保護及低電壓保護動作于跳閘；單相接地保護動作于信號。

表1 水泵基本參數表

4 保護整定值計算

4.1 計算條件

上級變電所變壓器單臺分列運行時系統短路容量683.65MVA，穩態短路電流有效值為10.54kA，短路延續時間0.2s，假想時間0.25s；變壓器兩臺并列運行時系統短路容量為1080.1MVA，穩態短路電流有效值為17.65kA，短路延續時間0.2s，假想時間0.25s。

4.2 水泵參數(表1)

4.3 水泵啟動的繼電保護整定計算

4.3.1 電流速斷保護

采用GL型繼電器，以躲過水泵的起動電流為計算條件，保護裝置靈敏系數按最小運行方式時水泵端子上的兩相次暫態短路電流校驗，保護無時限動作于跳閘。

電流速斷保護整定值為：37.9A，0S，跳閘。

4.3.2 過負荷保護

以躲過電動機的額定電流為計算條件，保護裝置時限以按10倍動作電流的動作時間來整定。

瞬時動作電流倍數=瞬時電流/動作電流整定值

取反時限(Norm)曲線，tset=1.8，10倍動作電流下動作時間：

過負荷保護整定值為：5.5A，2倍，18s，跳閘。

4.3.3 低電壓保護

根據工藝生產過程，電爐冷卻水泵不需要自起動，整定應躲過最小運行電壓。

低電壓保護整定為：70V，0.5s，跳閘。

4.3.4 單相接地保護

選取單相接地保護整定為：5A(一次值)，0.1s，報警。