淺談核電廠6kV電動機的保護

吳海杰+黃景昊

【摘 要】廠用電動機的可靠運行對核電廠的安全運行至關重要，文中闡述了6kV中壓電動機保護元件的動作配合原則，并簡單介紹了核電廠6kV電動機常用的保護類型，最后探討了一些在現場應用中易出現的電動機保護誤動問題。

【關鍵詞】核電廠；中壓電動機；保護配置；誤動

0 引言

核電廠在生產電力過程中，有大量的以電動機拖動的機械設備用以保證反應堆、汽輪發電機組等主設備和輔助設備的正常運行[1]。因此，電動機的可靠運行與核電廠的安全穩定運行密切相關，電動機故障后，若保護拒動可能會導致電動機燒毀，而電動機保護誤動則可能會導致停機停堆。

1 6kV電動機的保護配合

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

在F-C回路控制的電動機保護配合中，熔斷器的安秒特性曲線和綜合保護裝置特性曲線交點以下的電流由接觸器開斷，且該交點處的電流必須小于接觸器開斷能力；交點以下的電流由熔斷器開斷，當故障電流超過接觸器開斷能力時，必須能保證熔斷器能可靠動作，且綜合保護裝置應閉鎖保護出口。

2 6kV電動機的保護類型

核電廠6kV電動機裝設的保護有差動保護、綜合保護和低電壓保護，其中綜合保護包括過流保護、過負荷保護、單相接地保護等。

2.1 差動保護

根據壓水堆核電廠的設計準則[3]，由斷路器柜供電的電動機饋線中，額定功率在2MW及以上的電動機應裝設縱聯差動保護；對未裝設縱聯差動保護或縱聯差動保護僅保護電動機繞組而不包括電纜時，應裝設電流速斷保護。海南昌江核電廠對一些特別重要的電機如主泵、主給水泵和循環水泵電機，通過ABB的SPAE010高阻抗保護裝置，配置了縱聯差動保護作為相間保護的主保護。

2.2 綜合保護

對于斷路器柜，過流保護作為差動保護的后備保護；對于F-C柜，熔斷器可切除高倍數的短路故障電流，低倍數短路電流的切除由電動機綜合保護裝置的過流單元實現。在核電廠中需要注意的是，當6kV安全級廠用電動機由柴油發電機組應急供電時，由于柴油發電具有較低的短路容量，可能不足以使熔斷器熔斷，因此必須設具有很短延時的過電流保護，動作于接觸器切除低值短路故障。

對于6kV電動機的過負荷保護，一般是通過電動機綜合保護裝置的熱過載單元來保護電機避免短時和長時過載；對于單相接地故障，則是通過無方向接地故障單元來進行保護，可動作于跳閘，也可動作于信號。海南昌江核電廠采用ABB的SPAM150C電動機保護裝置對6kV電動機進行綜合保護，可實現熱過載、高整定過流、相不平衡和單相接地等保護，除了單相接地保護動作于報警，其他保護均動作于跳閘。

2.3 低電壓保護

電動機裝設低電壓保護并不是為了反映電氣故障，而是為了重要電機的自啟動。在核電廠中，對于非安全級廠用電動機，當母線長時間（t>10s）失壓時，切斷全部電動機饋線，以防止當電壓恢復時電動機的意外自啟動；對于安全級廠用電動機，由于在由正常電源向應急電源切換過程中及由應急電源供電的任何時間都應保證對負荷的供電，因此不裝設低電壓保護。

3 實際應用中需要注意的問題

3.1 不平衡保護誤動

電動機正常運行時負序電流和三相不平衡度較小，為保證不平衡保護的靈敏度，一般按躲過正常運行時的最大負序電流整定。因此，不平衡保護整定值較低（20%-30%），時限也較小（1-2s）。如此，在電動機斷相或內部不對稱故障時，不平衡保護能快速可靠動作；但是在外部短路嚴重或電壓波動時，容易造成保護誤動。

某廠廠用電機在變壓器合閘時三相不平衡保護誤動作，通過調查發現該廠6kV電機采用的是反時限電流不平衡保護，動作時間為一個電流不平衡度ΔI和設定值ΔT的函數。在相同的電流不平衡度ΔI下，設定ΔT值越小，動作時間越快。變壓器合閘時由于勵磁涌流和和應涌流使電機三相電流不平衡度較大，最終導致不平衡保護誤動作。

實際上，三相電流不平衡時會引起負序電流，使電動機逆轉矩增加，溫度上升，此時電機的過熱保護已能提供保護；嚴重不平衡時，單相接地也能起到保護作用，所以沒必要要求不平衡保護具有較高的靈敏度，可將不平衡保護的延時時間延長或將保護出口動作于信號而非跳閘。

3.2 速斷保護誤動

電動機保護裝置一般都將電流速斷保護定值整定為額定電流的10-12倍，而實際上電機起動后的正常運行電流并不大，所以速斷保護的靈敏度并不理想。為了提高保護靈敏度，一些保護裝置將電流速斷保護分為電機啟動階段和正常運行階段分別整定，將電機啟動后的電流速斷保護定值整定為一個較低值，電機啟動時保護定值自動加倍或整定為10-12In，如此雖然具有較高的保護靈敏度，但是當母線電壓發生變化時，電流速斷保護可能會誤動作。一方面，當外部發生短路故障時，由于電動機磁通不能突變，繞組仍有較大的電動勢，使電動機向故障點反饋電流；另一方面，備用電源切換期間，母線電壓降低后又迅速恢復，而保護裝置不一定能判別出電機啟動過程，使得電機啟動電流大于電流速斷低值，導致電機誤跳閘，使備用電源自投失去意義。

核電廠6kV系統慢切換過程中，為了減少切換成功后電動機重新啟動對輔變的沖擊，電動機一般都設定為跳閘，唯一例外的是為了滿足汽機冷卻需要仍保留了SRI（常規島閉式冷卻水系統）泵，所以在整定過程中，SRI泵電機的電流速斷保護低值必須經過實際運行驗證后方可投入。

3.3 熱過載保護誤動

4 結語

隨著電子技術的發展，電動機綜合保護裝置的功能將更完善，成本也將更低，但是在實際使用前必須理解保護裝置中各保護單元整定值的含義，否則很有可能導致電機保護誤動或拒動，造成不必要的經濟損失。

【參考文獻】

[1]李磊.廠用電動機保護配置的探討[J].中國高新技術企業，2013（28）：55-57.

[2]鄭鴻志，孫平.F-C回路在發電廠高壓廠用電系統中的應用[J].東北電力技術，2010，31（12）：23-26.

[3]EJ1134-2001壓水堆核電廠廠用電系統設計準則[S].

[4]賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2014.

[責任編輯：許麗]