微機繼電保護在中壓變頻大功率電動機上應(yīng)用

【摘要】微機繼電保護裝置作為東江與水庫大型泵站中壓變頻大功率電動機電氣保護的主要設(shè)備；繼電保護功能由主保護裝置和后備保護裝置組成實現(xiàn)。主保護裝置實現(xiàn)差動保護功能，后備保護裝置實現(xiàn)過流速斷、時限過電流、低電壓保護功能等。

引言

東江是香港、廣州、深圳和東莞等地的主要供水水源，但城區(qū)目前缺乏大型調(diào)蓄工程，無法滿足枯水季節(jié)、咸潮上溯、突發(fā)水體污染事件等時期安全供水的需要。為確保飲用水安全，東莞在2008年開工建設(shè)東江與水庫聯(lián)網(wǎng)供水工程，重點解決東莞中部地區(qū)水資源緊缺現(xiàn)狀。東江與水庫供水水源工程從東江取水輸至松木山水庫，沿途共有兩個梯級泵站，分別為東江沙角取水泵站（總裝機容量為5×2600kW）和泰崗圩加壓泵站（總裝機容量為5×2800kW）；在這兩座大型的泵站機組中，設(shè)計微機繼電保護裝置進行中壓變頻大功率電動機電氣保護。

1.中壓變頻電動機保護概述

本工程各泵站保護系統(tǒng)中，5臺異步電動機的主、后備保護各自單獨組成；主后備保護裝置分開，其保護功能全面，每種功能都可以獨立設(shè)置為投入或退出，以確保裝置能適用于各種要求。保護裝置實現(xiàn)的功能有縱差保護、過電流保護、過負(fù)荷保護、低電壓保護等。

2.中壓變頻電動機保護組成

中壓變頻電動機擔(dān)負(fù)著泵站的取水、輸水重任，裝設(shè)微機繼電保護裝置是保護電動機安全、可靠、穩(wěn)定運行的保證。本工程中壓變頻電動機保護組成圖如下：

由圖1可知，10kV等級電壓的電源經(jīng)過斷路器QF1送變頻器調(diào)節(jié)變頻后驅(qū)動電動機。根據(jù)<<泵站設(shè)計規(guī)范>> GB/T50265-97和<<電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范>>GB50062-92，電壓為3kV及以上電動機的應(yīng)裝設(shè)保護：電流速斷保護、過負(fù)荷、低電壓保護；且電動機功率在2000kW以上，應(yīng)裝設(shè)差動保護和后備保護功能。故電動機保護在電機進線斷路器和變頻器之間裝設(shè)后備保護裝置，包含過流速斷、時限過電流、低電壓；電動機首末兩側(cè)安裝差動保護裝置。我們可根據(jù)繼電保護技術(shù)規(guī)范計算保護電流速斷、時限過電流、低電壓、差動保護整定值，并對保護裝置進行整定。

3.中壓變頻大功率電動機主保護保護原理及整定

3.1差動保護的基本原理

差動保護的基本原理為檢測電動機始末端的電流，比較始端電流和末端電流的相位和幅值的原理而構(gòu)成的，正常情況下二者的差流為0，即流入電動機的電流等于流出電動機的電流。當(dāng)電動機內(nèi)部發(fā)生短路故障時，二者之間產(chǎn)生差流，啟動保護功能，出口跳電動機的斷路器。電動機差動保護原理圖如中壓變頻電動機保護原理圖圖1。

為了實現(xiàn)這種保護，在電動機中性點側(cè)與靠近出口端斷路器處裝設(shè)同一型號和同一變化的兩組電流互感器CT2和CT3。兩組電流互感器之間，即為縱差保護的保護區(qū)。在主保護差動保護n2中流入兩側(cè)電流互感器二次電流i1與i2，主保護差動保護n2內(nèi)部加入差動算法計算處理電流之差而動作跳閘。

3.2微機差動保護比率制動

①差動速斷保護

為快速切除保護區(qū)內(nèi)嚴(yán)重短路故障，微機保護裝置應(yīng)配有差動速斷保護。差動速斷保護定值應(yīng)躲過變壓器勵磁涌流和外部短路故障時的最大不平衡電流。

當(dāng)任意一相差動電流大于差動速斷整定值時，差動速斷保護瞬時動作，動作并發(fā)出信號。

②比率制動差動保護

比率制動差動保護的動作電流是隨著制動電流按比率增大，這樣既能保證外部短路不誤動，又能保證內(nèi)部短路有較高的靈敏度。

③最小制動電流

4.3低電壓保護

電動機應(yīng)裝設(shè)低電壓保護，保護裝置應(yīng)動作于跳閘：

1）當(dāng)電源電壓短時降低或短時中斷后又恢復(fù)時，為了保證重要電動機自起動而需要斷開的次要電動機，保護裝置的電壓整定值一般為電動機額定電壓的60%～70%，時限一般約為0.5s。

2）當(dāng)電源電壓短時降低或短時中斷后，根據(jù)生產(chǎn)過程不允許或不需要自起動的電動機。保護裝置的電壓整定值一般為電動機額定電壓的40%～50%或略高；時限一般較上一級主保護大一時限階段，取0.5～1.5s，必要時保護可無選擇地動作。

3）需要自起動，但為保證人身和設(shè)備安全，在電源電壓長時間消失后需從配電網(wǎng)中自動斷開的電動機。保護裝置的電壓整定值一般為電動機額定電壓的40%～50%，時限一般為5～10s。

整定值根據(jù)實際需要設(shè)置。

5.結(jié)束語

本文針對中壓變頻大功率電動機裝設(shè)繼電保護裝置進行闡述，介紹了微機繼電保護裝置在中壓變頻大功率電動機保護組成，重點說明主保護差動保護原理、比率制動差動保護；詳細(xì)討論繼電保護整定定值計算技術(shù)方法；微機繼電保護裝置在電氣上能保證電動機安全、可靠、穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》GB50062-92主編部門：中華人民共和國能源部 1992.12.1施行

[2]《泵站設(shè)計規(guī)范》GBT50265-97主編部門：中華人民共和國水利部1997.9.1施行

[3]《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》GB50062-92主編部門：中華人民共和國能源部，1992.12.1施行

作者簡介

吳偉潤（1976- ），男，中級工程師，長期從事水利工程建設(shè)管理工作，研究方向：電氣工程與自動化。

孔令聰（1976- ），男，高級工程師，長期從事水利工程建設(shè)工作，研究方向：水電站及泵站的自動化控制。