繼電保護及整定計算方法

夏爽

摘要：此文簡單介紹了高壓電機的具體使用情況，詳細分析了高壓電機機電保護的選擇標準，并研究了電機保護的整定計算方法。

關鍵詞：高壓電機;繼電保護;整定計算

高壓電動機作為生產中的主要動力設備，隨著單機容量的不斷增大和應用越來越廣泛，要求對其實行有效保護，防止電動機故障引起損壞及對電力系統的影響。高壓電機作為防城港碼頭輸送設備的主要大功率驅動設備，對我港生產量的提高發揮了非常重要的作用。為了保證高壓電機既能滿足生產要求，又能有效的防止電機故障引起損壞及對電力系統的影響，合理的選擇繼電保護方式及整定值計算至關重要。

一、高壓電機使用工況

目前，防城港所有的高壓電機均為江特公司生產的YKK-450/10kV系列電機，主要用于皮帶輸送設備。高壓電機采用熔斷器+真空接觸器的供電控制模式（簡稱F-C回路）[1]。電機安裝在露天環境下，由于當地氣候屬典型的熱帶海洋氣候，空氣鹽度較大，夏季高溫多雨，春季霧天較長，再加上散貨特點，生產時的場地煙塵較大，電機使用工況較為惡劣。如果維護保養不當，或者繼電保護設置不合理，有可能引發嚴重故障，損壞高壓電機。

二、高壓電機繼電保護的選擇

（一）電流速斷保護

當高壓電機發生相間短路時，會瞬間產生巨大的短路電流，對電機的損害也最為嚴重，并使供電網絡電壓降低，影響其它負荷的正常工作。因此，要求采用無時限動作的電流速斷保護，這是高壓電機的主保護[2]。

（二）負序電流保護

高壓電機發生定子繞組匝間短路時，電機損害也是比較嚴重的。檢測電機發生定子繞組匝間短路時產生的電流負序分量，可簡單可靠地實現對電機的保護。同時，這一方式還可實現對高壓電機三相不平衡運行等故障的保護，也是高壓電機的主保護之一[3]。

（三）零序電流保護

防城港的高壓電機的供電系統中性點均是不接地的，雖然定子繞組的單相接地短路危險性較小，但考慮到變電站到高壓電機有一定的距離，電纜單相接地短路的故障相對較多的實際情況，因此仍裝設零序電流保護用于單相接地保護。

（四）過負荷保護

主要用于電機過載的保護，利用電機過載時產生的較大電流實現保護動作（即過電流保護），但受動作時限的設置，只能作為高壓電機的后備保護[4]。

（五）低電壓保護

為保證生產安全，防城港的高壓電機均不允許低壓起動，在系統供電容量不足及系統突然停電時，低電壓保護將動作，將高壓電機從電網中自動斷開。

三、電機保護的整定計算

（一）微機保護裝置

目前防城港采用的是德力西的CDMA200和南自的PDS766A電動機保護裝置，不同的裝置在同一保護上的整定計算上有一定的差異，這將在下面分別闡述。

（二）整定計算的基本參數

由于整定計算的需要，高壓電機常使用到下面幾個基本參數：IN電機額定電流，TN電機啟動時間，Imax電機最大起動電流。

（三）保護的整定計算

1.電流速斷保護整定計算（保護動作時T均取0s）

通過微機保護裝置控制真空接觸器通斷，當使用CDMA200微機保護裝置時，其電流速斷動作值按躲開電機最大起動電流Imax計，即：I=7.21N。當使用PDS766A微機保護裝置時，根據電機啟動和正常運行的不同情況，其程序自動設置兩個電流速斷動作值：I1（電機起動時使用）、12（電機起動正常運行后使用），因此I1、12的整定計算應為：

I1=7.2IN，I2=2.5IN

2.負序電流保護整定計算

由于產品功能的不同，目前，CDMA200型微機保護裝置采用的是1段式定時限保護，整定計算為：I=0.71N，T=0.3S。而PDS766A裝置采用的是反時限負序電流保護，整定計算為：

t=80tp/[（I2/Ip）2-1]

其中12為電機實測電流，Ip為電流基準值，一般取0.7IN，tp為時間常數，一般取0.6S。

3.零序電流保護整定計算

由于防城港的高壓電機中性點不接地，因此只有接地電流在10A以上時，短路電流對其鐵芯才有影響，因此零序電流保護統一整定為：3I0=10A（一次值），保護動作時限T均取0s。

4.過負荷保護整定計算

目前，防城港的高壓電機過負荷保護均是通過定時限過流保護實現，無論南自或德力西的微機保護裝置，其定時限過流保護均系電機啟動結束后（即>TN）才投入，其動作電流整定計算如下：

I=K×I

K為可靠系數，在不少繼電保護資料中，一般推薦K=KK×KX/KF（KK為可靠系數，取1.2，KX為繼電器返回系數，取0.85，KF為電流互感器結線系數），按此計算，K應取2～2.5。但筆者認為，這有所偏大[5]。根據防城港的設備狀況，其皮帶機長度最長不超過1.2km，其額定流量為3600t/h。在額定流量內，其高壓電機電流一般不會超過IN，當皮帶以2000t物料起動時，其起動時間一般最大不會超過10s，因此，結合生產實際，可靠系統K統一取1.5，動作時限統一整定為T=0.5s。

5.低電壓保護整定計算

根據廠家提供的參數，高壓電機在0.8UN以下時不宜再工作，因此其保護值可整定為：U=80V（二次值），動作時限T=0.5s。

四、結束語

高壓電機的繼電保護整定，是一項理論與實踐緊密結合的工作。目前，防城港的高壓電機所設置的繼電保護，基本上可保證高壓電機在發生故障后，迅速地從電網中切除，有效的保護了高壓電機。但目前國內外除電機發熱保護外，其它保護都難以在電機要發生故障前，提前動作或報警，如何更有效地保護高壓電機，仍是一個需努力探討的課題。

參考文獻：

[1]解奎元.繼電保護整定計算方法的研究及優化[J].機電信息，2019（17）：79-80.

[2]符云，陳大華，鄭秋元，黃歡.基于電網自適應動態分區的繼電保護一體化整定計算方法淺析[J].自動化技術與應用，2019，38（02）：174-176+185.

[3]王慧芳，陳夢驍，沈紹斐，何奔騰.繼電保護整定計算電源運行方式優化選擇方法[J].浙江大學學報（工學版），2018，52（09）：1753-1761.

[4]趙文博，李文斌，李暢.電動機繼電保護原理分析及整定計算[J].化工管理，2018（24）：156-157.

[5]顏全椿，楊宏宇，李辰龍.發電廠繼電保護中IEC反時限特性級差配合的整定計算方法[J].電氣技術，2017（05）：63-67.