催化四機組電動機保護測控系統的優化設計與實踐應用

李伯豪 孫振瑋

摘要：石油化工行業催化裂化裝置中，主風機—煙氣輪機能量回收機組的安全、平穩運行，對整個裝置的運行狀態起著決定性作用，而完善機組電力系統控制、保護系統的設計是保證機組安全平穩運行的前提，機組的平穩運行自然會提高生產效益。本文介紹了上世紀80年代催化四機組電動機保護測控系統的優化設計與實踐應用，并針對應用過程中各方面存在的問題提出了相應的設計方案并進行論述。

關鍵詞：機械式繼電器;綜合自動化裝置;優化應用

引言

本文所提及的催化四機組異步電動機為上世紀80年代進口電動機，保護系統為進口機械式繼電器保護。電流保護、電壓保護、速度保護、溫度保護均采用機械式繼電器進行保護，繼電器數量達到24個。繼電器保護零散，接線復雜，故障點多，多數繼電器已停產，運維困難;跳閘告警信號均通過吊牌實現，不滿足目視化管理要求;無法監測運行狀態、沒有事故事件記錄，不便于進行事故分析。綜合自動化設備（以下簡稱綜自設備）可靠性高，出現誤動、拒動概率極低，運維方便;可以即時觀測運行數據，查閱事故事件，便于總結分析;同時可以實現遠端通訊功能，方便監盤人員直接觀測運行狀態及數據。

1綜合自動化裝置的選擇

根據該催化四機組一次設備、及保護配置情況的統計，開關柜出線側有一組保護、測量CT，用于速斷、過流保護。在電動機出口側和中性點側同名相配置一組三相磁平衡電流互感器，其二次繞組分別接至磁平衡差動繼電器，構成磁平衡差動保護。電動機本體有速度及溫度探頭作為速度和溫度保護。考慮到結合國內外各類保護測控裝置實現的功能，結合本次優化需要的功能，決定本次改造使用施耐德P243、P220綜自設備，P243作為主要保護設備，P220只使用磁平衡差動保護。

2二次回路優化設計

2.1測量部分回路優化

2.1.1電動機開關柜由三面柜組成，柜內有PT柜，接線方式為兩相∠接。不同于三相完全△接線方式可以直接測量線電壓、相電壓和開口∠電壓。兩相∠接線方式電壓回路中只存在線電壓，無相電壓。P243綜自設備電壓測量部分采用兩相不完全接法，ABC三相線電壓接至（A-19、B-22、C-20）。此接線方式無法實現PT斷線功能，經試驗驗證，電壓變送器及保護測量的功能不受此影響。

2.2.2電流、電壓、功率、功率因數角變送器均從原先的單功能變送器更換為可在線整定編程的西門子SENTRON_7KG9661變送器。由于柜內接線原因，由三個西門子變送器共計提供八路4～20mA信號至操作室。三相線電壓共用一個變送器，三相線電流共用一個變送器，功率和功率因數角共用一個變送器。測量回路原理圖如圖1。

2.2控制部分回路優化

2.2.1該電動機開關柜真空斷路器不同于新式手車式真空斷路器，儲能機構不可短時間多次儲能，否則會燒壞儲能線圈。開關柜上配置黃色指示燈為合閘允許指示。柜內有儲能時間繼電器，儲能后間隔1min才可以進行合閘，黃色指示燈指示該功能。

2.2.2合閘回路中串入保護閉鎖功能，當速斷保護、磁平衡差動保護動作時，P243綜自設備通過內部邏輯編程使光耦開出RL7常閉點打開，在故障原因沒有查明、動作信號沒有被復歸前不允許電機再次起動。在P243綜自設備操作面板上可以對該信號進行復位。合閘回路原理圖如圖2。

2.2.3跳閘回路中，將不同類型的保護跳閘分為由P220綜自設備提供的磁平衡差動保護跳閘、由P243綜自設備提供的綜合保護跳閘（速斷保護、熱過負荷保護、速度保護）以及低電壓保護跳閘，以上三個跳閘出口分別經過壓板接至跳閘線圈。同時跳閘回路可以提供現場分閘以及本柜分閘功能。跳閘回路原理圖如圖3。

2.3保護部分回路優化

2.3.1電動機開關柜內有兩個速度繼電器，通過現場速度檢測傳感器將信號傳至速度繼電器，再將繼電器結點信號傳至P243綜自設備，分別經延時后通過綜合跳閘出口進行跳閘。速度繼電器電源為交流電源，保留該繼電器，起到與現場信號隔離的作用。

2.3.2原溫度繼電器設置115℃由繼電器吊牌進行告警，135℃跳閘結點閉合。由于操作室原有對現場電機本體的溫度監視，取消本柜溫度跳閘功能，將溫度繼電器輸出結點接至P243綜自設備，只發出告警信號。

2.3.3合、分閘回路在原有柜的基礎上，結合典型P24X系列接線方式，自主設計P243綜自設備PSL邏輯圖，對光耦開入量和開出量進行編程，實現控制回路、保護回路邏輯。其中P243保護開入1為斷路器合閘位置，用于故障錄波，起動開始的判斷;開入2為工藝連鎖信號，經壓板控制，用于工藝連鎖跳閘;開入3為P220綜自設備提供的磁平衡差動保護動作信號，用于和P243裝置的速斷保護共同動作于光耦開出RL7;開入5為10%速度信號，收到上升沿信號延時6S后跳閘;開入6為80%速度信號，收到上升沿信號延時45S后跳閘。P243綜自設備跳閘出口1為綜合保護出口，速斷保護、熱過負荷保護、速度保護、工藝連鎖信號均通過該出口動作;跳閘出口2為低電壓保護;跳閘出口3為過負荷保護出口，信號經中間繼電器輸出至DCS系統;跳閘出口7為禁止再起動功能出口。P220綜自設備設置跳閘出口1為磁平衡差動保護跳閘出口，跳閘出口2為磁平衡差動保護跳閘信號至P243開入3。P243綜自設備PSL邏輯圖如圖4。

這種接線方式在原有的保護功能下進行了優化，接線更加簡單，保護邏輯清晰，便于日后維護工作。

3電動機保護的配置與整定

該電動機參數：功率為8388kW，額定電流940A。最小運行方式下線路末端短路時的短路電流為14.38kA。CT變比為1200/5，磁平衡差動CT變比為50/5。

3.1電動機保護配置

基于國家標準與企業規范要求，結合現場設備實際要求，該電動機應設速斷保護、磁平衡差動保護、熱過負荷保護、低電壓保護、速度保護、工藝聯鎖均動作于跳閘;零序保護、過負荷保護、溫度保護動作與信號、只告警。

3.2電動機保護整定

3.2.1速斷保護按躲過電動機正常運行時產生的最大電流進行整定，即起動電流。原定值二次27A、0S跳閘，經核算靈敏度，K1為1.92<2。為保證保護有不小于規定的靈敏度，速斷保護取二次25.5A，0S。速斷保護動作后禁止再起動。

3.2.2磁平衡差動保護按躲過起動時振蕩電流所產生的最大不平衡電流值整定。取二次2A、0S。磁平衡差動保護動作后禁止再起動。

3.2.3原堵轉保護由GL繼電器反時限進行保護。現取消GL繼電器，改為設置P243綜自設備熱過負荷保護，熱過負荷基準電流為額定電流的1.15倍，過載時間常數和啟動時間常數設置為2min，冷卻時間常數取下限。該電動機負載為風機，起動時間長，電動機起動過程中熱過負荷保護不應動作。為躲過電機起動過程中熱過負荷保護誤動作，通過設置起動時間50S閉鎖開機時熱過負荷保護，起動狀態通過斷路器狀態翻轉且電動機電流超過1.5倍額定電流進行判斷。電動機起動50S內熱積累緩慢升至90%后，不再增加，待電動機起動50S后開放熱過負荷保護。電動機熱過負荷保護動作后，熱積累值超過100%，禁止再起動節點動作，待熱積累降至90%后，禁止再起動節點返回，可以重新開機。

3.2.4高壓柜內自帶電壓互感器，接線方式為V，v接法，該方法是將兩臺全絕緣單相電壓互感器的高低壓繞組分別接于相與相間，構成不完全三角形。該方式可以節省一臺電壓互感器，同時能夠提供線電壓，但無法測量相電壓。整定原則中低電壓保護定值為額定電壓的40%，9S跳閘。現改為48V、9S（PT二次120V）。

3.2.5保護整定原則中不設置過電壓保護，將原有過電壓保護功能取消。

3.2.6過負荷告警功能，超過額定電流經5S延時后告警。過負荷告警信號遠傳至操作室并報警。

3.2.7接地保護，原跳閘改為告警，延時1秒。原定值二次2A、1S。現按照一次10A進行整定。

3.2.8速度保護由速度繼電器提供動作信號，經綜自設備延時后進行跳閘。速度保護定值為10%、6S，80%、45S。相應保護功能為電動機起動6秒內轉速未達到額定轉速的10%，及45秒內轉速未達到額定轉速80%將發出跳閘命令。

3.2.9溫度保護原由溫度繼電器提供，115℃告警，取消溫度135℃跳閘。

4結束語

通過對該催化四機組電動機保護測控系統的優化，極大地提高了保護的可靠性、選擇性。優化施工完畢后，經過縝密的繼電保護試驗，全面的模擬了可能發生的故障情況，確保綜自設備該動作時準確動作，不該動作時決不誤動。該催化四機組電動機兩次單試電機、沖轉后開機均順利完成，未發生起動時誤動作，現已平穩運行。

參考文獻：[1]GB/T14285-2006，繼電保護和安全自動裝置技術規程[S][2]GB/T50062-2008，電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范[S][3]MicomP24x電動機保護裝置使用說明書，2009[4]高春如.發電廠廠用電及工業用電系統繼電保護整定計算[M].北京：

中國電力出版社，2012.8[5]工業與民用供配電設計手冊（第四版）.北京：中國電力出版社，

2016.12