6KV电机综合保护装置的原理及定值的计算

学习提高共进成就团队辉煌6KV电机综合保护装置的原理及定值的计算电热检修部：路文明6KV综合保护装置的作用。•当电动机发生相间短路和电动机长时间启动堵转、断相、反相、匝间短路等故障或异常现象时，保护装置能够出口跳闸或发异常报警信号。综合保护装置主要用于大型及中型三相异步电动机采用真空断路器或少油开关做为出口的电动机回路上。我厂的6KV综合保护装置主要有四种类型：•WDZ-3D微机型电动机综合保护装置,用于7#炉辅机和补水循环水泵。•WDZ-1.1C数字式电动机保护装置，用于3#、4#机的6KV电动机的保护•PA231T数字型电动机综合保护装置，用于柠檬酸厂6KV电动机保护。•NEP998A数字式电动机测控保护装置，用于135MW机组所有的6KV电动机保护。装置的性能：•装置有很高的可靠性和安全性，装置的设计，由交流回路、电源回路、出口回路、人机界面以及逻辑回路组成。装置的工作电压为直流电压：220V允许偏差-20%~+15%。装置的采样参数交流电压100V，交流电流5A，频率50HZ。装置的出口部分的继电器均密封的小型大容量快速继电器和干簧继电器，接点容量大220V10A，可直接启动跳开关回路。液晶中文显示，显示信息丰富、直观。正常运行时显示电动机的各相电流，保护动作后将显示动作信息，同时点亮对应的动作类型信号灯。装置采用32位单片机，性能稳定可靠，采样速度快，精度高，计算速度快，充分保证装置的可靠性和快速性。装置人机界面操作方便。•复归键：人工复归信号，指示灯信息，液晶信息、复归信号继电器。•退出键：1.保护状态下，连续按住该键3秒以上可切换至监控状态，并进入监控主菜单。•2.监控状态下，在监控状态下按该键可切换为保护状态。•3.监控状态下进行整定或设置时，按该键将放弃这次操作，整定和设置无效。确认键：1.保护状态下，进入某菜单2.监控状态下进行整定或设置时，按下该键将确定这次操作，整定或设置生效•四个方向键：•1.保护状态下，按住该键可循环显示电流、开入量、时间、当前保护定值等信息。•2.监控状态下，移动光标到要选择的菜单上。•3.监控状态下进行整定或设置时，按该键将增加减少某数值。保护内容定值清单定值类型单位范围级差电机二次额定电流值(Ie)A0.1-100.01电机启动时间定值S0-900.01速断定值Ie0-200.1速断延时定值S0.02-100.01过流保护定值Ie0-200.01过流延时定值S0-200.01过负荷定值Ie0-200.01过负荷延时定值S0–500.01负序电流门槛值Ie0-200.01负序反时限时间常数S0–99.980.02堵转电流定值Ie0-200.01堵转延时定值S0-200.01过热时间常数S0-26001过热报警系数0-10.01过热闭锁系数0-10.01零序电流保护定值A0-10.001零序电流延时定值S0-500.01低电压保护定值V0–99.990.01低电压延时定值S0-500.01F-C闭锁电流Ie0-300.01有功脉冲计数H0-FF1无功脉冲计数H0-FF1直流输出1选择Uab,Ubc,Uca,MIa,MIb,MIc直流输出2选择Uab,Ubc,Uca,MIa,MIb,MIc主机地址H0-FF1装置地址H0-FF1装置波特率KBps20/50/100/125250/500/800/1000二．控制字清单控制字类型状态0状态1相制选择三相两相速断保护投退退出投跳过流保护投退退出投跳负序电流保护投退退出投跳过负荷保护投退退出投入过负荷投跳/投信投信投信零序电流保护投退退出投入零序方向投退退出投入零序保护投跳/投信投信投信反馈负序电流闭锁退出投入低电压保护投退退出投信过热保护投退退出投入过热投跳/投信投信投信过热积累曲线选择反比对数过热禁止启动投退退出投入堵转保护投退退出投跳F-C闭锁投退退出投入PT断线判别投退退出投入PT断线措施发信闭锁操作回路断线判别退出投入电度表投退退出投入电度表接法内置外接中性点是否接地不接不接地PT接线形式Δ形Ｙ形装置运行退出投运保护装置的主要功能有：•两相式电流速断保护•两相式定时限过流保护•过负荷保护，（可选择投跳或者投信）•负序反时限保护•过热保护（可选择投跳或者投信）•堵转保护•接地保护（可选择投跳或者投信）•低电压保护及TV断线闭锁低电压保护•具有远传及记忆故障信息的功能，记录故障信息和类型•具有测量有功、无功、功率因数的功能装置背板接线端子图测量电流保护电流备用电流量输出跳闸出口备用信号回路出口回路操作回路装置故障装置动作操作回路断线备用信号装置告警信号正电源操作电源手合合闸正电源手跳至跳闸线圈至合闸线圈操作负电源跳闸负电源外部跳闸外部远方/就地信号位置正电源合位跳位开入量通讯开关量9开关量12开关量8开关量11开关量10开关量4开关量5开关量1开关量2开关量7开关量6开关量3外部跳闸开入正电源外部复位无功脉冲有功脉冲485485测量电压直流电源保护原理图的不同和区别一、电动机的相间短路保护电流速断保护•定义：按躲过被保护元件外部短路时流过本保护的最大短路电流进行整定，以保证它有选择性的无时限电流保护，称为电流速断保护。•电动机电流速断保护作为电动机相间短路及引出线短路的主要保护，对于异步电动机的多相短路，广泛采用电流速断保护装置。•原理;当电动机三相电流IA、IB、IC大于速断保护的整定值时，则保护装置动作出口。•考虑到大多数6KV的电动机都是在小电流接地系统中运行，因此保护装置我厂都按照两相式接线构成。在没有微机综合保护装置以前，高压电动机的电流速断保护装置，一般多采用不完全星形接线。对于这种接线方式，不论在什么情况下流入继电器的电流皆为所接电流互感器的二次电流，而且灵敏度相同。与两相电流差接线比较，可以降低保护的整定值，提高保护的灵敏度。因为电流速断保护是无时限跳闸的，所以保护装置的动作电流应该躲过电动机在全电压下起动时的起动电流，二次动作值为Idz=Kk*Kfx/nLH*Iqd式中Kk——可靠系数。对DL型继电器取为1.4~1.6；对GL型继电器取1.8~2；Kfx——电流互感器的接线系数。当采用不完全星形接线时，Kfx=1；当采用两相电流差接线时，Kfx=；nLH——电流互感器的变比；Iqd——电动机的起动电流。3现在的微机综合保护装置1.电流速断保护：在电机启动时间内速断保护的定值自动加倍（加倍时间由电机启动时间定值决定）。启动结束后速断保护定值自动恢复原定值。这样可防止在启动过程中启动电流过大引起的误动，又可在电机运行过程中具有较高的灵敏度。电流速断定值的计算公式如下：速断定值按躲过电机启动电流整定，时限可整定为速断或极短的延时。Isd=式中K—可靠系数，取1.2~1.3；Istart—电机启动最大电流，一般为8~10Ie2KIstart以135送风机为例CT变比：150/5=30送风机的额定电流：一次Ie=85.4A（二次工作电流）电流速断保护动作电流：Isd=（1.2×9×85.4）=461.2AIsdj=所以：A相和C相的二次电流在启动时间内达到30.74A时，立即出口跳闸。A相和C相的二次电流启动时间后达到15.37A时，立即出口跳闸。A85.2304.8521A37.15302.4612、定时限过流保护•定时限过流保护定义：为了实现过流保护的动作选择性，各保护的动作时间一般按阶梯原则进行整定。即相邻保护的动作时间，自负荷向电源方向逐级增大，且每套保护的动作时间是恒定不变的，与短路电流的大小无关。具有这种动作时限特性的过流保护称为定时限过流保护•电动机的定时限过流保护主要对电动机启动时间过长、堵转等提供保护，也作为短路故障的后备保护。当电动机两相电流IA、IC大于过流保护的整定值时，经延时作用于出口跳闸。由于电动机在启动过程中电流较大，所以过流延时定值应躲过电机自启动时间。•过流定值可根据启动电流或堵转电流整定，一般为1.2~2Ie。3、电动机负序保护•负序电流的产生：当电动机出现三相电压不平衡、断相、反相、匝间短路时，都会产生负序电流。•负序电流对电动机的危害：如果电动机中产生负序电流，诱导电动机中逆扭矩增加，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗等影响。各相之间的不平衡会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本。•负序保护是微机保护最近几年推出的保护功能，老的微机保护就没有这个功能。如;我厂的PA231T数字型电动机综合保护装置，用于柠檬酸厂6KV电动机保护。最早出现的是叫不平衡保护如：WDZ-3D微机型电动机综合保护装置,用于7#炉辅机和补水循环水泵。后来出来的微机保护都叫负序保护。•说明：在负序过流保护中设置有启动元件，只有电动机的负序电流大于启动元件的门槛值时，才能启动反时限计时。另外，为防止外部故障或外部供电系统出现不平衡时，电动机的反馈负序电流可能引起负序过流保护误动。根据区内、区外发生不对称短路时，I2/I1的比值不同，当下列条件满足时，可将负序过流保护闭锁：I2≥1.2I1，其中：I1—正序电流I2—负序电流NEP998A的保护装置的负序保护原理•假设：正序电流为=I1、负序电流为=I2。•若三相电流都接入装置，则•I1=（IA+aIB+a2IC）/3；I2=（IA+a2IB+aIC）/3；a=ej2π/3•负序保护的动作为反时限特性，动作方程为：•t=•其中：T—负序反时限常数。•I2—负序电流测量值。•Ied—电机二次额定电流值。2()edTII•负序电流门槛值：电动机外部两相短路时，正序电压等于负序电压，等于正常电压之半。故此时的负序电流I2为：0.5Ie•负序反时限常数：机端两相短路时，负序电压标幺值为0.5，流入电动机的I2值等于2220.50.50.50.573.51steeststUIIIIZZI•考虑到外部两相短路负序电流闭锁并不十分可靠，动作时间仍应躲过后备保护动作时间，取1.4s。于是，我们135机组负序反时限常数•所以根据以上公式可以得出时间常数T不变时，越过负序电流门槛值时启动，负序电流I2越大，动作时间就越小。2()1.43.54.9eITtsIWDZ-3D的微机保护装置的不平衡保护原理•WDZ-3D的微机保护不平衡保护I2•其动作判据为•I2＞I2dz•t2＝min｛20s,T2/(I2/I2dz-1)｝其中1＜I2/I2dz≤2时•或t2＝T2其中I2/I2dz≥2时•式中I2：电动机的负序电流A•I2dz：负序电流动作值A•T2：整定的动作时间常数s•t2：不平衡保护动作时间s•从动作判据中可以看出，本保护的动作特性是一条带最大和最小定时限的反时限•曲线，如图1所示。设置最小定时限是为了防止电动机外部二相短路时的误动作。4、堵转保护•由于机械故障、负荷过大、电压过低等原因可能使转子处于堵转状态。在全电压下堵转的电动机，电流很大，特别容易烧坏。堵转保护亦可作为相间故障的后备保护。•装置根据采集的各相电流计算出正序电流，当正序电流大于堵转电流定值时，保护经过延时跳闸出口。•堵转保护在电动机启动过程中退出，正常运行时投入。电机在启动过程中如发生堵转，特别当电机允许堵转时间小于电机启动时间时，考虑到堵转前电动机空载，处于冷态，允许适当延长跳闸时间，此时过流保护将起主要保护作用。5、单相接地保护①我厂高压电动机6KV供电系统，通常为小电流接地系统。小电流接地系统中发生单相接地时，系统的线电压对称性没有被破坏，可以对用户继续供电。但为了防止事故进一步扩大，允许短时运行1~2h，在此间应该积极地采取措施加以消除。小电流接地系统的保护方式一般采用油选择性的零序电流保护，它利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性地发出信号，保护装置直接采集零序电流互感器的电流量。②安装电流互感器时应注意以下两点：⑴电缆头和零序电流互感器的支架用绝缘物隔开。⑵在发生单相接地时，接地电流不仅在地中流过，也有可能沿着电缆外皮流过。为了防止区外故障时保护装置误动作，电缆头接地线应穿过零序电流互感器