高压电机微机反时限过负荷保护的整定方法

高压电机微机反时限过负荷保护的整定方法郑伟;朱晓琳;李鹏;佟宇宁;郑诗源【摘要】The main power load of the iron and steel metallurgy enterprise is high voltage asynchronous motor. With the popularization of the microcomputer relay protection device, high voltage motor inverse-time overload protection in microcomputer protection device setting, often leads to the motor cant start normally. Through introducing the traditional overload protection setting method and modern microcomputer relay protection function, this paper finds out the problem of traditional inversetime overload setting in microcomputer protection, proposed that the use of microcomputer over heat protection instead of the traditional inversetime overload setting, so as to solve the problem of high voltage motor starting.%钢铁冶金企业的主要用电负荷为高压异步电动机，随着微机继电保护装 置的普及，高压电机的反时限过负荷保护在微机保护装置内整定后，经常导致电机 无法正常起动。本文通过介绍传统过负荷保护的整定方法，以及现代微机继电保护 的功能，找出了传统反时限过负荷整定在微机保护中存在的问题，提出采用微机过 热保护代替传统的反时限过负荷整定，从而解决了高压电机的起动问题。【期刊名称】 价值工程【年(卷),期】 2016(035)021【总页数】2页(P87-88)关键词】 反时限继电保护;过热保护;整定方法作 者】郑伟;朱晓琳;李鹏;佟宇宁;郑诗源 【作者单位】鞍钢集团工程技术有限公司，鞍山 114021;鞍钢股份有限公司炼钢 总厂，鞍山 114021;鞍钢集团工程技术有限公司，鞍山 114021;鞍钢集团工程技 术有限公司，鞍山 114021;鞍钢集团工程技术有限公司，鞍山 114021【正文语种】中文【中图分类】TM5随着微机保护在冶金行业的普及，高压电动机的反时限过负荷保护在微机保护装置 的整定中出现了问题，特别是当大型风机电机在起动时，经常出现过负荷保护误动 而跳闸。目前生产过程中出现了类似问题，只能在微机保护中逐条选取曲线试验或 者为了避免起动发生问题，解除了过负荷保护。产生上述问题的根本原因在于传统 高压电机的继电保护反时限整定采用的是 DL 与 GL 型继电器的特性原理，而新型 的微机继电保护基本采用的是 IEC 保护标准的反时限的保护方式，显然传统的保 护整定方法是不能直接在微机保护中采用的，本文通过对比传统高压电机的反时限 保护整定与现代微机过热反时限保护的整定方法，指出了传统保护整定曲线在微机 保护中存在的问题，明确了电机微机过载保护的整定方法。正常运行的高压电动机，流入电动机的仅是正序电流，一般为额定电流。但是当机 械负载增大、外部短路故障切除电压恢复自起动、电动机投入起动、供电电压降低 以及堵转等，流入电动机的电流均要增大。电流增大则电机当然要发热甚至过载。 当机械负载大于电机的额定负载、供电电压不平衡、断相、电动机相序接反，则将 会有负序电流流入电机，负序电流将产生以100Hz的反向频率的磁场切割转子绕 组，从而将造成电机严重发热过载。2.1 传统过负荷保护整定生产过程中易发生过负荷时，或起动条件严重时应装设过负荷保护1，该保护 的整定公式如下：式中，Iopk :保护装置的动作电流；Krel :可靠系数，用于过负荷保护且跳闸时 取1.2 ； Kjx ：接线系数，取1 ； Kr ：返回系数，取0.85 ； Irm ：电机额定电流； nTA :电流互感器变比；top :保护装置的动作时限；tst :电机实际起动时间。 这里继电保护的动作时限，实际上是按照两倍动作电流及两倍动作电流时允许的过 负荷时间tgh，在继电器特性曲线上查出10倍动作电流时的动作时间。 图1中的特性曲线上的数字代表10倍电流时的动作时间。2.2 微机反时限过流保护微机继电保护装置中一般提供四种标准的反时限曲线，它们分别是标准反时限、非 常反时限、极端反时限、长时反时限曲线。四种曲线见图2。IEC S1标准反时限曲线公式： IEC V1非常反时限曲线公式:IEC E1极端反时限曲线公式:UK LTI长时反时 限曲线公式：四种曲线在2倍与10倍动作电流时的动作时间见表1。从表1中可以看出，传统GL型继电器的整定方法，若直接用在微机保护装置的整 定中，则最接近的是IEC S1标准反时限曲线，但是在10倍动作电流时GL继电器 的特性曲线与IEC S1标准反时限曲线却差别较大，却与UK LTI长时反时限曲线 最为接近。钢铁冶金企业大型风机及水泵的起动时间一般在6 15s之间，少数风机可达20s 左右。从表1中可以看出，若直接采用传统GL继电器特性曲线的方法来作继电保 护整定，则选取的曲线在10倍动作电流时则不能满足要求，产生的结果就是在电 机正常起动时断路器等控制元件误跳闸。锅炉引风机的电机的起动时间可达20s 左右，即便采用GL继电器特性曲线，也有配合不当的时候，需要现场临时调整曲 线，以避免电机在起动过程中的误跳闸。 由上述现像可知，传统反时限过负荷保护的整定方法中对于动作时限的确定的方法 已经在微机保护中不在适用，需要找出一种新的方法进行整定。2.3 过热保护 电动机过热保护是根据正序电流与负序电流在电机中产生的总的铜损，将此损耗对 于时间进行积分，从而利用“热保护”的模原理代替传统“电流保护”模型原理， 利用这一原理建立的保护模型公式如下：式中,t:过热时间长常数；Iep :等效运行电流；In :额定电流。其中等效运行电 流，式中I1为正序电流，I2为负序电流，K1在电机起动时取0.5，起动后取1 ； K2 取4或6。等效运行电流是实时经过采集至保护装置中的实测电流，而非一个固定值，等效电 流中刻意增大了“负序”电流的作用效果，因为电机在堵转、断相、不平衡运行时 等状态反映到“电流”上就会是电机过载，且“电流”中开始出现了负序分量。可 见过热保护较传统的过负荷保护更具智能性，首先其利用过载运行状态的特点，从 而弥补了传统保护整定不区分运行状态的缺点。其次，电动机在正常起动时，虽然 起动电流很大，但性质是正序电流，并没有负序分量产生，而等效电流在起动时将 K1 取0.5 ，则刻意弱化了正序分量的作用，从而避免了电机在起动过程中的误动 作。最后，该保护仍然是反时限特性曲线，利用“热”保护，更加贴近负荷的性质 以鞍钢炼钢厂二工区中心泵站 560kW 电机过负荷继电保护整定为例，电机参数如 表 2 所示。 传统过负荷保护整定。根据公式（1），则动作电流57.5A ;依据公式（3）， 则2倍动作电流的动作时间为21.3s ；在微机保护中选取的曲线为IEC标准反时限 曲线。 实际运行结果及现像分析。水泵在起动过程中，当运行在第23s, 10kV高压 断路器跳闸，继保装置显示过负荷保护跳闸。由于水泵的实际起动时间为8s，根 据公式（2），要求曲线上10倍动作电流的时间应为9.6 11.2s，由于电机在起 动过程中，起动曲线与保护曲线不匹配，造成跳闸。 以过热保护代替过负荷保护整定。根据公式（8）,发热时间常数取为203s , 负序电流倍数K2取6,过热报警GBRJ取为80%。 实际运行结果及现像分析。水泵一次性起动成功。 本文通过对比继电器、微机与电机启动特性曲线，分析了传统电机过负荷继电保护 整定输入微机保护后造成误跳闸的原因,给出了以过热保护代替过负荷保护的整定 运算方法,并经实例工程运行调试证明该方法是可行的。【相关文献】1中国航空规划设计研究院工业与民用配电设计手册M 三版北京：中国电力出社，2005.2 钢铁企业电力设计手册编委会钢铁企业电力设计手册M.北京：冶金工业出版社，1996. 3 成云云,王玥婷.地区电网继电保护实用技术 M .北京：中国电力出版社,2012.