淺談火力發(fā)電廠高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)的使用和整定方法

趙艷 張煒瑋 姚君

(中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司,上海 200062)

淺談火力發(fā)電廠高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)的使用和整定方法

趙艷 張煒瑋 姚君

(中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司,上海 200062)

隨著火力發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置保護(hù)功能的增多、增強(qiáng),如何正確使用和整定電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)備就變得非常重要,因此對(duì)一些常用的電動(dòng)機(jī)保護(hù)的使用和整定方法進(jìn)行了一些原則性的分析和探討,一方面可以充分利用保護(hù)的功能,另一方面也可以積極有效地防止保護(hù)設(shè)備拒動(dòng)和誤動(dòng)。

電動(dòng)機(jī) 保護(hù) 整定

1 引言

隨著微機(jī)保護(hù)裝置的廣泛應(yīng)用，微機(jī)保護(hù)硬件高度集成，軟件靈活，保護(hù)功能越來越多，且日趨完善。如何更好地對(duì)這些保護(hù)進(jìn)行使用和整定，使其更好地保護(hù)電動(dòng)機(jī)就變得越來越重要。下面就高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的整定原則進(jìn)行一些分析。

2 高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)整定原則

2.1 差動(dòng)保護(hù)

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)及引出線上的相間短路故障。對(duì)于容量2000kW及以上電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)；容量在2000kW以下中性點(diǎn)具有分相引線的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不夠時(shí)也應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。

國(guó)內(nèi)外的差動(dòng)保護(hù)現(xiàn)在一般采用比率制動(dòng)原理，比率制動(dòng)特性如圖1所示，其中圖1(a)為單斜率比率制動(dòng)，圖1(b)為雙斜率比率制動(dòng)。

制動(dòng)特性參數(shù)的設(shè)置應(yīng)躲過電動(dòng)機(jī)全壓下啟動(dòng)時(shí)差動(dòng)回路最大不平衡電流；同時(shí)應(yīng)躲過外部三相短路電動(dòng)機(jī)向外供給短路電流時(shí)差動(dòng)回路的不平衡電流。

制動(dòng)特性斜率按躲過電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流下差動(dòng)回路的不平衡電流整定。對(duì)于單斜率比率制動(dòng)，S一般取0.4～0.6。對(duì)于雙斜率比率制動(dòng)，斜率S1一般取0.5，S2取0.6～0.7。

差動(dòng)電流速斷定值一般可取4～5倍額定電流，并在機(jī)端保護(hù)區(qū)內(nèi)三相短路故障時(shí)有1.2的靈敏度。

值得強(qiáng)調(diào)的是，作為電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)，應(yīng)注意兩側(cè)電流互感器二次負(fù)載阻抗的匹配，否則電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)導(dǎo)致不平衡電流增大，甚至造成誤動(dòng)可能。

2.2 電流速斷保護(hù)

電流速斷保護(hù)應(yīng)用在容量2000kW以下的電動(dòng)機(jī)，作為電動(dòng)機(jī)定子繞組及出線相間短路故障的主保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作后跳閘。為保證在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)，設(shè)有高、低兩個(gè)定值，高值在啟動(dòng)時(shí)投入，低值在啟動(dòng)后投入。

圖1比率制動(dòng)特性

速斷動(dòng)作電流高值應(yīng)躲過電動(dòng)機(jī)的最大啟動(dòng)電流計(jì)算。啟動(dòng)電流應(yīng)由實(shí)測(cè)取得，按負(fù)荷性質(zhì)，一般為6～10倍額定電流。可靠系數(shù)可取1.5。

速斷動(dòng)作電流低值應(yīng)按躲過區(qū)外三相短路時(shí)電動(dòng)機(jī)最大反饋電流計(jì)算。根據(jù)實(shí)測(cè)顯示，在開始第一周期內(nèi)可能大于等于電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)電流，但衰減很快，經(jīng)0.06s衰減至6倍額定電流以下，為躲過廠用母線三相短路時(shí)正常運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的反饋電流，可用保護(hù)有固有動(dòng)作時(shí)間0.06s。

速斷動(dòng)作延時(shí)分兩種情況整定：(1)當(dāng)采用真空斷路器或少油斷路器控制時(shí)，保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間為0.06s，動(dòng)作延時(shí)t=0；保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間為0.01～0.02s，動(dòng)作延時(shí)t=0.05～-0.06s。(2)當(dāng)采用F-C回路控制時(shí)，延時(shí)與熔斷器的熔斷時(shí)間配合。

2.3 負(fù)序電流保護(hù)

負(fù)序電流保護(hù)作為電動(dòng)機(jī)兩相運(yùn)行、電源相序接反、電動(dòng)機(jī)定子繞組兩相短路或定子匝間短路的保護(hù)，對(duì)電動(dòng)機(jī)不對(duì)稱短路故障也起后備作用。由于電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)整定不合理，當(dāng)高壓廠用系統(tǒng)某一設(shè)備故障、高壓線路非全相運(yùn)行、高壓線路不對(duì)稱短路時(shí)引起其他非故障電動(dòng)機(jī)群負(fù)序過電流保護(hù)誤動(dòng)。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)無負(fù)序功率方向閉鎖，采用負(fù)序動(dòng)作電流整定值0.3～0.8～1倍額定電流，動(dòng)作時(shí)間1～0.8～0.3～0s值得商榷的。因此，電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)應(yīng)根據(jù)保護(hù)不同的判據(jù)、不同保護(hù)功能進(jìn)行不同的整定值計(jì)算。

2.4 接地保護(hù)

電動(dòng)機(jī)接地保護(hù)，均采用專用零序電流互感器TA0構(gòu)成的零序過電流保護(hù)(避免采用零序電流濾過器或自產(chǎn)3I0單相接地零序過電流保護(hù))。電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)不接地，而6kV廠用系統(tǒng)供電變壓器的中性點(diǎn)一般為不接地或經(jīng)電阻接地兩種情況，以下分別介紹：

2.4.1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

接地保護(hù)一次動(dòng)作電流應(yīng)躲過區(qū)外單相接地時(shí)流過保護(hù)安裝處單相接地電流計(jì)算，即

(1)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)

(2)按照區(qū)外單相接地電流式(1)計(jì)算

(3)按躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)零序不平衡電流計(jì)算。按照經(jīng)驗(yàn)公式，為

當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)電動(dòng)機(jī)單相接地保護(hù)動(dòng)作電流可取0.05倍額定電流，當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較小時(shí)電動(dòng)機(jī)單相接地保護(hù)動(dòng)作電流可取0.1倍額定電流，并取式(1)和式(2)計(jì)算的較大值。由于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)單相接地保護(hù)靈敏度足夠，根據(jù)具體情況，有時(shí)可適當(dāng)取大一些。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電動(dòng)機(jī)單相接地保護(hù)一次動(dòng)作電流整定值一般取10～40A。動(dòng)作時(shí)間整定值一般可取0s。

2.4.2 過熱保護(hù)

過熱是引起電動(dòng)機(jī)損壞的重要原因，尤其是轉(zhuǎn)子因負(fù)序電流產(chǎn)生的過熱。一般廠家設(shè)計(jì)的過熱保護(hù)判據(jù)為

其中τ為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，應(yīng)由電動(dòng)機(jī)廠家提供，但由于國(guó)內(nèi)電機(jī)廠家研究水平的限制，此參數(shù)一般很難提供。

一般我們可以按照電動(dòng)機(jī)連續(xù)啟動(dòng)兩次來近似整定τ，假設(shè)啟動(dòng)電流均為正序電流，負(fù)序電流為零為正序發(fā)熱系數(shù)，有的廠家在啟動(dòng)時(shí)取0.5，啟動(dòng)后取1。為負(fù)序發(fā)熱系數(shù)，一般可取6。

2.4.3 啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)造成電動(dòng)機(jī)過熱，當(dāng)測(cè)量到的實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間超過整定的允許啟動(dòng)時(shí)間時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于跳閘。

按實(shí)測(cè)的最長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間tst.max的1.2倍整定啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)沒有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，tst.max可取如下數(shù)值：循環(huán)水泵20s，電動(dòng)給水泵20s，吸風(fēng)機(jī)20s，送風(fēng)機(jī)20s，排粉機(jī)15s，磨煤機(jī)20s，其他一些啟動(dòng)較快的電動(dòng)機(jī)可取10s。

堵轉(zhuǎn)保護(hù)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中或在運(yùn)行中發(fā)生堵轉(zhuǎn)，電流急劇增大，容易造成電動(dòng)機(jī)燒毀事故。堵轉(zhuǎn)保護(hù)采用正序電流構(gòu)成，有的裝置還引入轉(zhuǎn)速開關(guān)接點(diǎn)。

不引入轉(zhuǎn)速開關(guān)接點(diǎn)的堵轉(zhuǎn)保護(hù)，與正序電流保護(hù)是同一保護(hù)，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)結(jié)束后投入，其動(dòng)作值可取1.3～1.5倍額定電流，動(dòng)作延時(shí)應(yīng)躲過電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的最長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間。

引入轉(zhuǎn)速開關(guān)接點(diǎn)的堵轉(zhuǎn)保護(hù)，動(dòng)作值可取1.5～2倍額定電流，動(dòng)作延時(shí)可取啟動(dòng)時(shí)間。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中堵轉(zhuǎn)時(shí)，由啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)起堵轉(zhuǎn)保護(hù)作用。

2.4.4 低電壓保護(hù)

當(dāng)供電電壓降低或供電短時(shí)中斷后，為了防止電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)使供電電壓進(jìn)一步降低，以致造成重要電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)困難，所以在一些次要電動(dòng)機(jī)或不需要自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)上裝設(shè)低電壓保護(hù)。

在廠用電動(dòng)機(jī)中，對(duì)于次要電動(dòng)機(jī)及不需要自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，低電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓在60%～70%額定電壓之間，動(dòng)作延時(shí)取0.5s。對(duì)于重要電動(dòng)機(jī)，低壓動(dòng)作值在40%～50%額定電壓之間，動(dòng)作延時(shí)取9S。

此外，磨煤機(jī)低電壓保護(hù)分為兩種情況：對(duì)于直吹爐制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)，動(dòng)作電壓取40%～50%額定電壓，動(dòng)作延時(shí)取9S；而對(duì)于中間煤倉制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)，動(dòng)作電壓取60%～70%額定電壓，動(dòng)作延時(shí)取0.5s。

2.4.5 過負(fù)荷保護(hù)

過負(fù)荷保護(hù)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)結(jié)束后投入。過負(fù)荷動(dòng)作電流應(yīng)躲過電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的最大負(fù)荷電流，一般取1.1～1.2倍額定電流，動(dòng)作延時(shí)取1.3～1.5倍電動(dòng)機(jī)最長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間。

3 結(jié)語

本文探討了微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的整定原則。通過多年的運(yùn)行實(shí)踐證明，按照以上方法進(jìn)行整定后，電動(dòng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作率得到很大提高，不正確動(dòng)作的現(xiàn)象很少發(fā)生，確保了電動(dòng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]許正亞.發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算及其運(yùn)行技術(shù).北京:中國(guó)水利水電出版社,2009.

[2]高春如.繼電保護(hù)整定計(jì)算.北京:中國(guó)電力出版社,2012.