火力發(fā)電廠中熱繼電器配置的研究

戚運韜

（皖能合肥發(fā)電有限公司，安徽合肥 230002）

0 引言

發(fā)電廠中380 V 低壓電機眾多，所屬系統(tǒng)及作用各異，對機組的重要性各不相同，應根據(jù)電機的特性，合理地配置熱繼電器，配置合適可以最大限度地保護電機和機械設備，否則容易損壞電機損壞機械設備，甚至影響發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。

1 熱繼電器功能

熱繼電器物美價廉、性價比高、動作性能穩(wěn)定，在大型火力發(fā)電廠中廣泛用于低壓電機上作為過載及斷相保護，可防止因電機過熱而破壞其絕緣性能。一般熱繼電器常閉節(jié)點串接到接觸器控制回路中，當出現(xiàn)不正常工況或電機運行電流瞬間增大，導致熱繼電器動作，其常閉節(jié)點打開，接觸器線圈斷電從而斷開接觸器一次回路。熱繼電器常開節(jié)點接入也可編程邏輯控制器，熱繼電器動作，其常開節(jié)點閉合，可編程邏輯控制器斷開一次回路接觸器，實現(xiàn)熱繼電器的保護功能。

過載保護不是反映故障而是反映異常運行的，通過觀察、對比，分析造成電機過載保護動作的一般有以下4 種情況：①在并泵期間存在過流；②在備用泵自啟時也有可能存在過流現(xiàn)象；③過載保護誤動；④機械卡澀。例如過載保護投跳閘，那么前3 種情況可能會影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，但對于第4 種情況則可以保護電機；過載保護投報警，那么前3 種情況不會影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，但對于第4 種情況則無法保護電機。過載是電機的一種異常運行工況不屬于故障，在滿足一定條件下是可以運行一段時間的，當過載時間較短且過載電流不大，并且電機繞組未超過允許的溫升時，這種過載現(xiàn)象是允許的；當過載時間較長且過載電流較大，致使電機繞組的溫升將超過允許值時，是禁止的。

2 實際案例分析

某發(fā)電公司裝機為兩臺630 MW 火力發(fā)電機組，共有380 V 低壓電機1000 多臺，統(tǒng)計4 年來發(fā)生的380 V 低壓電機異常故障共計110 次，其中屬于熱繼電器保護范圍的共84次，發(fā)生過載82 次、斷相2 次，可以看出熱繼電器動作的原因大多數(shù)是過載保護動作。在84 次異常中發(fā)生設備損壞51 次，電機損壞26 次，軸承聯(lián)軸器損壞22 次，熱繼電器損壞2 次，引線鼻脫焊1 次。在低壓電機的異常中熱繼電器可以有效保護的次數(shù)占比76%，熱繼電器作為低壓電機保護的重要組成部分是必要的。在這84 次異常中發(fā)生電機損壞26 次，占比約31%，沒有達到熱繼電器保護目的導致電機絕緣損壞。

熱繼電器定值指允許長期通過而不會引起繼電器動作的電流，一般是整定為電動機額定電流的1.05～1.2 倍，其動作特性是反時限特性，即超過啟動門檻后電流越大，動作時間越短。過載保護報警還是跳閘，就是傾向保護電機還是傾向穩(wěn)定系統(tǒng)，對待過載保護，在不同的系統(tǒng)中應區(qū)別對待。所以電機在配置熱繼電器時，應當對電機性能及特性有充分的了解，如工作環(huán)境、啟動電流大小、負載性質(zhì)、允許溫升等。

2.1 案例1

2019 年11 月3 日，5#爐B 送風機B 潤滑油泵電流由8.1 A突升至15.1 A，后恢復至8 A 左右，電機有異音。檢查情況：熱繼電器整定值14.5 A；電機型號1LE0001-1CB0 3-3FA4 132S，額定容量5.5 kW，額定電壓380 V，額定電流12.1 A；測量直流電阻三相平衡約為2.05 Ω；測量絕緣電阻，對地電阻1500 MΩ，相間阻值1000 MΩ，絕緣良好；發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器梅花墊損壞，電機冷卻風扇葉有輕微變形。

調(diào)取火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)中5#爐B 送風機B 潤滑油泵運行電流歷史曲線，從歷史曲線看，電流瞬時到達最大值15.1 A約30 s 后恢復成8 A，繼續(xù)運行12 min 后手動切換到A 潤滑油泵運行。

分析探討5#爐B 送風機B 潤滑油泵電流突升是電動機風扇葉變形與風扇罩殼發(fā)生摩擦，梅花墊損壞聯(lián)軸器金屬碰撞造成的。5#爐B 送風機B 潤滑油泵運行電流最大值15.1 A，約是熱繼電器整定值14.5 A 的1.04 倍，沒有達到啟動門檻，不足以使熱繼電器動作，所以保護不動作是正確的。5#爐B 送風機B潤滑油泵如果過載跳閘，備用油泵及時正確自動投入的話可能會只造成機組的擾動；備用油泵不能及時正確地自動投入，則需要運行值班員處理得當，使機組降負荷運行，運行值班員處理稍有失誤無法穩(wěn)住負荷，則會導致發(fā)電機組跳機非停，無論降負荷運行還是跳機非停都是嚴重故障，給發(fā)電廠造成巨大損失。對于像送風機潤滑油泵這樣一旦跳閘就會影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的電機，熱繼電器配置時就應該主要考慮穩(wěn)定系統(tǒng)，熱繼電器動作于跳閘就不合適，應只動作于發(fā)信號至運行值班室而不跳閘，當運行值班員接收到聲光報警信號后，迅速執(zhí)行預案進行處理，保障機組穩(wěn)定運行。經(jīng)過排查發(fā)電機組冷卻系統(tǒng)的定子冷卻水泵、工業(yè)水泵，保安系統(tǒng)的交流潤滑油泵，制粉系統(tǒng)的磨煤機油泵，風煙系統(tǒng)的引風機油泵、空預器等都屬于這種極度重要，對機組系統(tǒng)穩(wěn)定運行起關鍵作用的380 V 低壓電機，熱繼電器在配置時整定值取電機額定電流1.2 倍，且只動作于發(fā)信號至運行值班室為宜。

2.2 案例2

2020 年8 月13 日凌晨，5#爐B 給煤機清掃鏈電機跳閘，檢查情況：A 給煤機清掃鏈電機熱繼電器動作，運行值班員發(fā)現(xiàn)報警后斷開電源空開，拆開電機口線罩殼測量電機絕緣正常，重新開啟。2020 年8 月17 日晚，5#爐A 給煤機清掃鏈電機跳閘，檢查情況：A 給煤機清掃鏈電機熱繼電器動作，電源空開跳閘，拆開電動機口線罩殼測量電機絕緣為0，電機絕緣已損壞。

調(diào)取火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)中5#爐所有給煤機清掃鏈電機運行電流歷史曲線，運行電流基本維持在0.9～1 A。電機額定電流1.12 A，A、D 給煤機清掃鏈電動機熱繼電器整定值為1.4 A，B、C 給煤機清掃鏈電機熱繼電器整定值為1.2 A，E、F 給煤機清掃鏈電機熱繼電器整定值為1.3 A。

分析探討5#爐A 給煤機清掃鏈電動機的熱繼電器常開節(jié)點接到給煤機控制器中，當熱繼電器動作，其常開點閉合，由給煤機控制器控制斷開一次回路接觸器。一般熱繼電器整定值的1.05 倍是啟動門檻，超過門檻才會進入反時限動作區(qū)，A 給煤機清掃鏈電機熱繼電器整定值1.4 A，它的啟動門檻就是1.47 A，只有超過了1.47 A 才會進入反時限動作區(qū)計時，就造成A 給煤機清掃鏈電機過載電流較大，致使電機燒毀。對于像給煤機清掃鏈電動機這樣工作環(huán)境比較好，且較長時間停運不會影響機組穩(wěn)定運行的電機，熱繼電器配置時就應該主要考慮保護電機。給煤機清掃鏈電機正常不是滿負荷運行，電流基本維持在0.9～1 A，熱繼電器整定值取正常運行電流高值的1.1 倍即1.1 A比較合適。5#爐給煤機清掃鏈電機熱繼電器整定值全部統(tǒng)一調(diào)整為1.1 A 后一直運行穩(wěn)定，有效地保護了電機和機械設備。經(jīng)過排查發(fā)電機組除灰系統(tǒng)的沖洗水泵、排污泵，化水系統(tǒng)的加藥泵，廢水系統(tǒng)的排水泵、鼓風機，吹掃系統(tǒng)的吹灰器等都屬于重要性有限的類型，較長時間停運不會影響機組穩(wěn)定運行，熱繼電器在配置時整定值取正常運行電流高值的1.1 倍，且直接動作于跳閘為宜。

2.3 案例3

2020 年11 月3 日，5#爐撈渣機跳閘。檢查情況：5#爐撈渣機熱繼電器動作，運行值班員發(fā)現(xiàn)報警后斷開電源空開。檢修維護人員拆開電機接線罩殼，測量直流電阻三相平衡，測量絕緣電阻絕緣良好，重新開啟正常。

調(diào)取火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)中5#爐撈渣機運行電流歷史曲線看，運行電流基本維持在20～28 A，此次電流由26 A 升至37 A，運行18 min 保護動作跳閘，而5#爐撈渣機停運超過3 h，無法正常排渣就需要機組降出力運行，并需要大量人員人力清渣。撈渣機額定電流37 A，熱繼電器整定值31 A。

分析原因，5#爐撈渣機熱繼電器常閉節(jié)點接到其控制回路中，當熱繼電器動作，其常閉點打開，斷開一次回路接觸器。電機額定電流37 A，運行電流基本在20～28 A，可以看出熱繼電器整定值31 A 是按正常運行電流高值的1.1 倍，即28 A 的1.1倍取得。撈渣機電機為F 級絕緣，在額定輸出時按B 級溫度等級使用，電機溫度上限為130 ℃，按照運行工況，電動機1.2 倍額定電流可以運行1 h。對于像撈渣機電機這樣停運會對機組穩(wěn)定運行造成一定影響的電機，熱繼電器配置時就應傾向穩(wěn)定系統(tǒng)，整定值按正常運行電流高值的1.1 倍取是不合適的，應該以電機額定電流的1.2 倍為優(yōu)，在最大限度保障機組穩(wěn)定運行同時兼顧電機安全。經(jīng)過排查發(fā)電機組制粉系統(tǒng)的給煤機，化水系統(tǒng)的除鹽水泵、膠球清洗泵，除灰系統(tǒng)的鋼帶機、斗提機，輸煤系統(tǒng)的皮帶機等，都屬于這種可以短時停運、長時間則會對機組穩(wěn)定運行造成一定影響的類型，熱繼電器在配置時整定值取電機額定電流1.2 倍，且直接動作于跳閘為宜。

3 熱繼電器的配置

根據(jù)電機在發(fā)電機組系統(tǒng)中的作用及跳閘對生產(chǎn)影響的嚴重程度，電機熱繼電器配置不同，對機組系統(tǒng)穩(wěn)定起關鍵作用，一旦跳閘就影響機組運行的低壓電機，熱繼電器在配置時整定值取電機額定電流1.2 倍，且只動作于發(fā)信號；對重要性有限，較長時間停運不會影響機組穩(wěn)定運行的低壓電機，熱繼電器在配置時整定值取正常運行電流高值的1.1 倍，且直接動作于跳閘；對允許短時停運，長時間停運則會對機組穩(wěn)定運行造成一定影響的低壓電機，熱繼電器在配置時整定值取電機額定電流1.2倍，且直接動作于跳閘。

電機運行中斷相會使電流升高2 倍以上，無論是選按電機的運行電流整定還是按電機額定電流整定，其結(jié)果都不會影響熱繼電器在電機斷相時的正確動作。

4 結(jié)論

通過介紹低壓電機熱繼電器實際應用，說明對不同類型電機熱繼電器采取不同配置，選擇合適的動作方式、合理的整定值，可以提高發(fā)電機組系統(tǒng)穩(wěn)定性，還能有效保護電機及機械設備，增加經(jīng)濟效益。