繼電保護裝置在高壓電機保護中的應用

鄭康東，陳偉鋼，李康康

（1.國家能源集團浙江南潯天然氣熱電有限公司，浙江 湖州 313000；2.國能浙江能源銷售有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

繼電保護裝置在6 kV高壓電機保護中得到了很好應用，通過分析其特點和結構，明確了其實際應用的價值和作用。通過詳細了解其功能，清楚了6 kV高壓電機保護整定范圍和具有的操作方法，進而了解和認識了PSL繼電保護裝置邏輯編程方式。文章以KM-4001A型高密度變電所粉料輸送風機作為研究對象，分析P241繼電保護裝置在高壓電機保護中的應用，原因在于該型號送風機應用性較強，普適性較高，且對于了解和認識整個保護過程具有很強典型性[1,2]。

1 P241繼電保護裝置的特點

作為一種緊湊型保護裝置，P241繼電保護裝置能夠做到全方位保護性覆蓋，不僅具有很強的保護性與測量性功能以及控制與監視功能，同時還能在系統故障分析與診斷方面提供有力支持[3,4]。從結構劃分上看，P241繼電保護裝置的前面板和背板均由多種不同零部件組成，在前面板上，除了醒目的LCD顯示面板和LED燈以及鍵盤外，電池室和通信接口也是不容忽視的兩類零部件。包括電源板、數字量輸入板以及模擬量輸入板在內的多種插槽卡件則構成了P241繼電保護裝置背板[5,6]。在信息數據和數值的修改、編輯、提取以及顯示方面，主要通過由LCD顯示面板和鍵盤組成的人機界面來實現，也可通過前面板通信端口連接PC機來實現。

2 P241繼電保護裝置保護控制功能

2.1 獨立的整定值組

為了滿足實際應用需求，比如實現單一性的設置或退出，P241繼電保護裝置給出了內容不同的兩套整定值組，且二者彼此完全獨立。當單次操作不需要某項或某些功能來作支持時，可在設置功能支持下完成退出，操作完成后，與之相關的內容和功能也將被屏蔽掉[7]。

退出操作方式如下。首先打開MICOM S1軟件，其次打開定值菜單，接著找到相應選項（Setting Group1）并選擇，最后將選項設置為“允許”（Enable），并接著選定Setting Group2，并經內容設置為“禁止”（Disable）。

2.2 可編程方案邏輯PSL

PSL在實際應用中可表現出極強控制功能，用戶可借助自定義保護功能來實現相關操作，同時多種類邏輯門和通用計時器也將給予足夠支持，用戶可以利用這些功能完成預想操作。需要指出的是，作為可編程邏輯方案實現的主要操作平臺，MICOM S1必須是基于PC機的圖形化軟件[8,9]。

將PC機連接至P241繼電保護裝置的RS-232通信端口處（位于前面板），當界面出現后，首先雙擊打開應用軟件，即MICOM S1，待軟件穩定運行起來后再打開PSL邏輯編輯器。PSL邏輯編輯器主要負責實現文件的上傳與下載、修改與創建，其中修改操作包括在線和離線兩種狀態[10,11]。

3 6kV高壓電機保護整定

6 kV高壓電機保護整定包含了比較豐富的內容，文章將從以下4個方面進行描述。將KM-4001A型高密度變電所粉料輸送風機作為研究對象，相應方面內容所對應的動作方式和整定值見表1。

3.1 速斷保護

文章主要從短路保護特點和定值整定兩個方面進行分析。首先看短路保護特點，繼電保護裝置提供了兩個短路保護元件，每個短路保護元件都帶有定時限延時功能。在此項功能幫助下，由非周期分量所造成的誤跳閘現象將會得到有效避免。然后看定值整定，具體短路參數設置情況見表2，其中I＞1和I＞2為兩個保護元件，認定單位段。

表2 繼電保護裝置短路參數設置情況

結合表2內容，DT表示定時限，通過觀察和分析定值組參數，P241的速斷保護功能需要由I＞1（電流1段）定值組來實現。需要注意的是，盡管I＞2（電流2段）定值組在整個過程中并未發揮任何作用（從速斷保護角度來看），但為了實現TA斷線閉鎖低電壓保護功能，相應參數必須得到設定，所以不可關閉。另外，在定時限延時功能作用下，延時值最低只能設置為40 ms。

3.2 熱過負荷保護

針對繼電保護裝置熱保護不平衡問題，熱過負荷保護在考慮有效RMS和負序電流分量作用基礎上給出了有效解決方案。為實現最佳保護效果，在繪制相應負荷曲線時，包括不同狀態下的電機周期時間常數設定需要作詳細參考。在面對因啟動時間過長，或啟動電流過大等極端啟動情況時，需要使用跳閘閉鎖功能，待電機充分冷卻后再重新啟動。

3.3 低電壓保護

關于低壓保護，其保護特點在于兩個相互獨立的保護段，分別是欠壓1段和欠壓2段。其中欠壓1段特性表現為反時限跳閘或定時限跳閘，欠壓2段特性只表現為定時限跳閘。繼電保護裝置低電壓保護參數設定情況如表3所示，U＜1和U＜2為兩個互相獨立的保護段。

表3 繼電保護裝置低電壓保護參數設定情況

從表3中可以看出，當U＜1時，低電壓保護功能得到實現，當U＜2時，低電壓保護功能并未能實現，即沒有產生保護作用，但為了使其成為TV斷線判據，不僅不能關閉功能，還要將參數嚴格設置為30 V。

3.4 靈敏接地保護

關于靈敏接地保護，P241接地保護元件共分兩段，一段是正方向，另一段是負方向或無方向二者中的一個。以某石化為例，獨立零序電流互感器的應用起到了良好效果。在實際應用中，磁化電流量得到明顯減少，約減少了1/3，但應用范圍較窄，更多被用于小電流故障檢測中。

4 PSL邏輯編程方案

4.1 速斷保護PSL邏輯

結合圖1內容進行分析，當I＞1時（電流Ⅰ段），定值組的速斷保護功能得到實現，此時短路故障若發生，其定值組整定值便會得到滿足。而在PSL邏輯里，需要將“TripI＞1速斷保護”功能塊設置為1，同時將“Thermal Trip熱過負荷”功能塊和低電壓邏輯塊一并結合起來，三者共同構成一個“或”邏輯，并進行輸出，接著將圖1中的“Relay4”模塊設置為1，完成斷路器跳閘。

圖1 PSL跳閘邏輯圖

4.2 熱過負荷保護PSL邏輯

首先需要確保熱過負荷整定值得到滿足，將“Thermal Trip熱過負荷”功能塊設置為1，同時與“TripI＞1速斷保護”功能塊和低電壓邏輯共同組成一個“或”邏輯，并進行輸出，然后將Relay4設置為1，實現斷路器跳閘。

4.3 低電壓保護PSL邏輯

在低電壓保護PSL邏輯實現過程中，分別對A、B、C進行正確測壓很關鍵，只有獲得正確電壓值后，才能完成對三者U＜1狀態下的功能塊進行設置，即設置為1。三者邏輯關系為“與”。接著在時間繼電器作用下（時間設置為0.9 s），將低電壓功能與TV斷線監測功能合并，組成一個“與”邏輯，并從中判斷是否發生低壓故障。然后在低電壓保護與“Thermal Trip熱過負荷”功能塊和“TripI＞1速斷保護”功能塊三者共同作用下，組成一個“或”邏輯，并進行輸出，將Relay4設置為1，實現斷路器跳閘。

4.4 TV斷線監測PSL邏輯

有流功能塊和無壓功能塊是TV斷線監測邏輯的兩個組成部分，前者表示為“StartI＞2”，后者表示為“TripU＜2”，二者共同組成“與”邏輯。若想使TV斷線邏輯輸出為1，則需要同時滿足I＞200 mA和U＜30 V兩個條件。

4.5 接地PSL邏輯

接地PSL邏輯是否順利實現，主要看是否會參與跳閘邏輯。操作中，若想保證跳閘邏輯不被參與，需要在接地保護定值組參數得到滿足情況下，將“Trip ISEF＞1接地”功能塊設置為1。

5 結 論

通過對某石化6 kV異步電機保護應用情況進行分析發現，P241繼電保護裝置在整個應用過程中發揮了重要作用，被認為是電機可靠性提升的關鍵因素。結合文章論述，定值整定和可編程邏輯功能的結合使用，使得保護功能所具有的價值充分發揮出來。