淺談火力發電廠高壓電動機保護的使用和整定方法

趙艷 張煒瑋 姚君

(中機國能電力工程有限公司,上海 200062)

淺談火力發電廠高壓電動機保護的使用和整定方法

趙艷 張煒瑋 姚君

(中機國能電力工程有限公司,上海 200062)

隨著火力發電廠電動機保護裝置保護功能的增多、增強,如何正確使用和整定電動機保護設備就變得非常重要,因此對一些常用的電動機保護的使用和整定方法進行了一些原則性的分析和探討,一方面可以充分利用保護的功能,另一方面也可以積極有效地防止保護設備拒動和誤動。

電動機 保護 整定

1 引言

隨著微機保護裝置的廣泛應用，微機保護硬件高度集成，軟件靈活，保護功能越來越多，且日趨完善。如何更好地對這些保護進行使用和整定，使其更好地保護電動機就變得越來越重要。下面就高壓電動機保護裝置的整定原則進行一些分析。

2 高壓電動機保護整定原則

2.1 差動保護

縱聯差動保護用于保護電動機繞組內及引出線上的相間短路故障。對于容量2000kW及以上電動機應裝設差動保護；容量在2000kW以下中性點具有分相引線的電動機，當電流速斷保護靈敏度不夠時也應裝設差動保護。

國內外的差動保護現在一般采用比率制動原理，比率制動特性如圖1所示，其中圖1(a)為單斜率比率制動，圖1(b)為雙斜率比率制動。

制動特性參數的設置應躲過電動機全壓下啟動時差動回路最大不平衡電流；同時應躲過外部三相短路電動機向外供給短路電流時差動回路的不平衡電流。

制動特性斜率按躲過電動機最大啟動電流下差動回路的不平衡電流整定。對于單斜率比率制動，S一般取0.4～0.6。對于雙斜率比率制動，斜率S1一般取0.5，S2取0.6～0.7。

差動電流速斷定值一般可取4～5倍額定電流，并在機端保護區內三相短路故障時有1.2的靈敏度。

值得強調的是，作為電動機差動保護，應注意兩側電流互感器二次負載阻抗的匹配，否則電動機起動時導致不平衡電流增大，甚至造成誤動可能。

2.2 電流速斷保護

電流速斷保護應用在容量2000kW以下的電動機，作為電動機定子繞組及出線相間短路故障的主保護，保護動作后跳閘。為保證在電動機啟動時保護不誤動，設有高、低兩個定值，高值在啟動時投入，低值在啟動后投入。

圖1比率制動特性

速斷動作電流高值應躲過電動機的最大啟動電流計算。啟動電流應由實測取得，按負荷性質，一般為6～10倍額定電流。可靠系數可取1.5。

速斷動作電流低值應按躲過區外三相短路時電動機最大反饋電流計算。根據實測顯示，在開始第一周期內可能大于等于電動機最大啟動電流，但衰減很快，經0.06s衰減至6倍額定電流以下，為躲過廠用母線三相短路時正常運行電動機的反饋電流，可用保護有固有動作時間0.06s。

速斷動作延時分兩種情況整定：(1)當采用真空斷路器或少油斷路器控制時，保護固有動作時間為0.06s，動作延時t=0；保護固有動作時間為0.01～0.02s，動作延時t=0.05～-0.06s。(2)當采用F-C回路控制時，延時與熔斷器的熔斷時間配合。

2.3 負序電流保護

負序電流保護作為電動機兩相運行、電源相序接反、電動機定子繞組兩相短路或定子匝間短路的保護，對電動機不對稱短路故障也起后備作用。由于電動機負序電流保護整定不合理，當高壓廠用系統某一設備故障、高壓線路非全相運行、高壓線路不對稱短路時引起其他非故障電動機群負序過電流保護誤動。目前，國內對無負序功率方向閉鎖，采用負序動作電流整定值0.3～0.8～1倍額定電流，動作時間1～0.8～0.3～0s值得商榷的。因此，電動機負序電流保護應根據保護不同的判據、不同保護功能進行不同的整定值計算。

2.4 接地保護

電動機接地保護，均采用專用零序電流互感器TA0構成的零序過電流保護(避免采用零序電流濾過器或自產3I0單相接地零序過電流保護)。電動機中性點不接地，而6kV廠用系統供電變壓器的中性點一般為不接地或經電阻接地兩種情況，以下分別介紹：

2.4.1 中性點不接地系統

接地保護一次動作電流應躲過區外單相接地時流過保護安裝處單相接地電流計算，即

(1)中性點經小電阻接地系統

(2)按照區外單相接地電流式(1)計算

(3)按躲過電動機啟動時零序不平衡電流計算。按照經驗公式，為

當電動機容量較大時電動機單相接地保護動作電流可取0.05倍額定電流，當電動機容量較小時電動機單相接地保護動作電流可取0.1倍額定電流，并取式(1)和式(2)計算的較大值。由于中性點經小電阻接地系統單相接地保護靈敏度足夠，根據具體情況，有時可適當取大一些。根據經驗，電動機單相接地保護一次動作電流整定值一般取10～40A。動作時間整定值一般可取0s。

2.4.2 過熱保護

過熱是引起電動機損壞的重要原因，尤其是轉子因負序電流產生的過熱。一般廠家設計的過熱保護判據為

其中τ為發熱時間常數，應由電動機廠家提供，但由于國內電機廠家研究水平的限制，此參數一般很難提供。

一般我們可以按照電動機連續啟動兩次來近似整定τ，假設啟動電流均為正序電流，負序電流為零為正序發熱系數，有的廠家在啟動時取0.5，啟動后取1。為負序發熱系數，一般可取6。

2.4.3 啟動時間過長保護

電動機啟動時間過長會造成電動機過熱，當測量到的實際啟動時間超過整定的允許啟動時間時，保護動作于跳閘。

按實測的最長啟動時間tst.max的1.2倍整定啟動時間。當沒有實測數據時，tst.max可取如下數值：循環水泵20s，電動給水泵20s，吸風機20s，送風機20s，排粉機15s，磨煤機20s，其他一些啟動較快的電動機可取10s。

堵轉保護

當電動機在啟動過程中或在運行中發生堵轉，電流急劇增大，容易造成電動機燒毀事故。堵轉保護采用正序電流構成，有的裝置還引入轉速開關接點。

不引入轉速開關接點的堵轉保護，與正序電流保護是同一保護，在電動機啟動結束后投入，其動作值可取1.3～1.5倍額定電流，動作延時應躲過電動機自啟動的最長啟動時間。

引入轉速開關接點的堵轉保護，動作值可取1.5～2倍額定電流，動作延時可取啟動時間。

當電動機在啟動過程中堵轉時，由啟動時間過長保護起堵轉保護作用。

2.4.4 低電壓保護

當供電電壓降低或供電短時中斷后，為了防止電動機自啟動時使供電電壓進一步降低，以致造成重要電動機自啟動困難，所以在一些次要電動機或不需要自啟動的電動機上裝設低電壓保護。

在廠用電動機中，對于次要電動機及不需要自啟動的電動機，低電壓保護的動作電壓在60%～70%額定電壓之間，動作延時取0.5s。對于重要電動機，低壓動作值在40%～50%額定電壓之間，動作延時取9S。

此外，磨煤機低電壓保護分為兩種情況：對于直吹爐制粉系統的磨煤機，動作電壓取40%～50%額定電壓，動作延時取9S；而對于中間煤倉制粉系統的磨煤機，動作電壓取60%～70%額定電壓，動作延時取0.5s。

2.4.5 過負荷保護

過負荷保護在電動機啟動結束后投入。過負荷動作電流應躲過電動機正常運行的最大負荷電流，一般取1.1～1.2倍額定電流，動作延時取1.3～1.5倍電動機最長啟動時間。

3 結語

本文探討了微機型電動機保護的整定原則。通過多年的運行實踐證明，按照以上方法進行整定后，電動機保護動作率得到很大提高，不正確動作的現象很少發生，確保了電動機的安全穩定運行。

[1]許正亞.發電廠繼電保護整定計算及其運行技術.北京:中國水利水電出版社,2009.

[2]高春如.繼電保護整定計算.北京:中國電力出版社,2012.