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淺談三相異步電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的配置及定值設(shè)置分析

更新時(shí)間:2021-08-26 點(diǎn)擊次數(shù): 2389次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

   摘要:以電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作造成機(jī)組停運(yùn)事件為例,分析現(xiàn)場(chǎng)普遍存在的電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)偏重保護(hù)電動(dòng)機(jī),未充分釋放電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力,對(duì)系統(tǒng)造成的危害。研究電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)配置及過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值設(shè)置,提出改進(jìn)建議及有效措施,在保證電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上,防止重要電動(dòng)機(jī)過(guò)早切除導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。

 

   關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī);過(guò)負(fù)荷;保護(hù)配置及定值設(shè)置

 

   1三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組過(guò)負(fù)荷的原因及危害

導(dǎo)致三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組過(guò)負(fù)荷的原因是多方面的:一是電動(dòng)機(jī)實(shí)際負(fù)載增加,如過(guò)度加載導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)超額定電流運(yùn)行,或軸承損壞等設(shè)備異常導(dǎo)致負(fù)載增加;二是電源異常導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)超額定電流運(yùn)行,電壓、頻率降低等。長(zhǎng)時(shí)間的定子繞組過(guò)負(fù)荷,主要的危害是導(dǎo)致定子繞組線圈過(guò)熱、絕緣受損、電動(dòng)機(jī)損壞。定子線圈的溫升與過(guò)電流倍數(shù)及過(guò)電流持續(xù)時(shí)間有關(guān),過(guò)電流倍數(shù)越大則溫升速率越大,過(guò)電流持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)則線圈溫升越高。電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值應(yīng)根據(jù)這一特性設(shè)定。

 

   2常規(guī)三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組過(guò)負(fù)荷的保護(hù)配置及定值選取 

GB/T14285-2006《繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》及DL/T5153-2014《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的配置要求:對(duì)于運(yùn)行過(guò)程中易發(fā)生過(guò)負(fù)荷的電動(dòng)機(jī),保護(hù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特性,帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)或跳閘;對(duì)于啟動(dòng)或自啟動(dòng)困難,需要防止啟動(dòng)或自啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的電動(dòng)機(jī),保護(hù)動(dòng)作于跳閘。

目前,針對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組過(guò)負(fù)荷,微機(jī)型電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)通常配置長(zhǎng)啟動(dòng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)。其中長(zhǎng)啟動(dòng)保護(hù)用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難,或啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)工況,采用定時(shí)限,電流動(dòng)作定值取1.5-~2.0倍電動(dòng)機(jī)額定電流,動(dòng)作時(shí)間按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)間整定,動(dòng)作于跳閘。堵轉(zhuǎn)保護(hù)用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中堵轉(zhuǎn)工況,采用定時(shí)限,電流動(dòng)作定值取1.3~2.0倍電動(dòng)機(jī)額定電流,動(dòng)作時(shí)間按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或自啟動(dòng)時(shí)間整定,動(dòng)作于跳閘。過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)額定電流計(jì)算,動(dòng)作時(shí)間按躲過(guò)啟動(dòng)時(shí)間整定,動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。

 

   3定子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作案例分析

  下面介紹3起電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作引起的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)事件,事件造成直接、間接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)100萬(wàn)元。

1)案例1:某600MW火電機(jī)組增壓風(fēng)機(jī)過(guò)負(fù)荷跳閘導(dǎo)致機(jī)組非停。2017年2月21日,某600MW火電機(jī)組按調(diào)度曲線加載負(fù)荷。當(dāng)日9:19,機(jī)組負(fù)荷達(dá)到489.7MW,增壓風(fēng)機(jī)電流為568.2A,指令為86%;當(dāng)日9:45:41,機(jī)組負(fù)荷達(dá)到500MW,增壓風(fēng)機(jī)電流指令為100%,過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作,動(dòng)作電流為696A,增壓風(fēng)機(jī)跳閘,鍋爐MFT動(dòng)作。

(2)案例2:某600MW火電機(jī)組凝結(jié)水泵變頻器過(guò)負(fù)荷跳閘導(dǎo)致機(jī)組非停。2016年12月17日,某600MW火電機(jī)組A凝結(jié)水泵變頻器運(yùn)行,B凝結(jié)水泵備用,機(jī)組負(fù)荷為463.07MW。當(dāng)日12:30,運(yùn)行操作A凝結(jié)水泵變頻器增負(fù)荷;當(dāng)日12:31:11,變頻器輸出指令為93.41%,輸出電流為178.23A,21s后,變頻器輸出指令為99.71%,輸出電流為207.22AA并維持穩(wěn)定;當(dāng)日12:33:15,變頻器過(guò)載保護(hù)動(dòng)作跳閘,B泵聯(lián)啟不成功,機(jī)組因凝結(jié)水失去而被迫停運(yùn)。

(3)案例3:某300MW火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)跳閘導(dǎo)致機(jī)組非停。2013年9月25日,某300MW火電機(jī)組電負(fù)荷為260.9MW。當(dāng)日4:28:42,B引風(fēng)機(jī)因軸承溫度高而跳閘,機(jī)組RB動(dòng)作,4A引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令由55.4%上升到100%,4A引風(fēng)機(jī)電流由165.2A升高到482,過(guò)流保護(hù)動(dòng)作,2臺(tái)引風(fēng)機(jī)全停,觸發(fā)鍋爐MFT。對(duì)案例中電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷情況、電動(dòng)機(jī)定子線圈溫升情況、電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值整定情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,見(jiàn)表1。

                                                    表1 電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷及定子線圈溫度統(tǒng)計(jì)

 案例1、案例2均為電動(dòng)機(jī)加載過(guò)程導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷,案例3為B引風(fēng)機(jī)跳閘導(dǎo)致4A引風(fēng)機(jī)過(guò)載?,F(xiàn)場(chǎng)所用電動(dòng)機(jī)的絕緣耐熱等級(jí)為F級(jí),溫升按B級(jí)考核,即電動(dòng)機(jī)的允許溫度為130℃,繞組溫升限值為80K。由表1可知,3臺(tái)電動(dòng)機(jī)跳閘時(shí)的定子線圈溫度都遠(yuǎn)未達(dá)到電動(dòng)機(jī)線圈溫度限值。案例中,電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值的取值原則均符合DL/T 1502-2016《廠用電繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》的要求,跳閘時(shí)電動(dòng)機(jī)的定子線圈溫度均在電動(dòng)機(jī)正常允許范圍內(nèi),定子線圈的溫升也在范圍內(nèi),遠(yuǎn)未達(dá)到電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷能力限值。

 

   4 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組過(guò)負(fù)荷的保護(hù)配置及定值設(shè)置建議  

現(xiàn)有規(guī)程在電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值選取中,多考慮保護(hù)電動(dòng)機(jī),未充分考慮負(fù)荷特性和釋放電動(dòng)機(jī)本身的過(guò)負(fù)荷能力。為此,應(yīng)合理設(shè)置電動(dòng)機(jī)加載速率,在控制系統(tǒng)中設(shè)置適當(dāng)?shù)南拗浦担@是防止電動(dòng)機(jī)過(guò)流、過(guò)載的根本措施。但是,系統(tǒng)需求或系統(tǒng)工況復(fù)雜,導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷情況不一定能*避免,因此在電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置及定值計(jì)算時(shí),除需考慮軸承損壞導(dǎo)致過(guò)負(fù)荷等電動(dòng)機(jī)自身原因外,還要考慮系統(tǒng)或負(fù)載原因?qū)е碌碾妱?dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷。系統(tǒng)中某些重要電動(dòng)機(jī),一旦跳閘將直接導(dǎo)致機(jī)組非停,經(jīng)濟(jì)損失巨大,因此針對(duì)重要電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)配置及定值選取,提出以下改進(jìn)建議。

4.1應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性及在系統(tǒng)中的地位,按二段原則配置電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)  

應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性及其在系統(tǒng)中的地位,重要電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)按二段配置,一段保護(hù)動(dòng)作于信號(hào),提醒運(yùn)行人員注意,另一段保護(hù)出口跳閘。在保證電動(dòng)機(jī)的前提下,盡量放開(kāi)電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷能力,延遲另一段保護(hù)出口跳閘的時(shí)間,給運(yùn)行人員爭(zhēng)取

        調(diào)整的時(shí)間,避免機(jī)組非停,減少損失。

定子繞組過(guò)負(fù)荷一段保護(hù)定值可取1.05倍電動(dòng)機(jī)額定電流,動(dòng)作時(shí)間可適當(dāng)取短,按躲過(guò)電源波動(dòng)整定,可取3~5s,保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。信號(hào)應(yīng)上傳至主控室,提醒運(yùn)行人員注意并及時(shí)做出調(diào)整。

定子繞組過(guò)負(fù)荷另一斷保護(hù)可采用定時(shí)限或反時(shí)限動(dòng)作曲線,按躲過(guò)定子繞組過(guò)負(fù)荷能力整定,動(dòng)作于跳閘。反時(shí)限動(dòng)作曲線貼近電動(dòng)機(jī)定子繞組的過(guò)負(fù)荷能力,簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間過(guò)載保護(hù)動(dòng)作模型:

式中,t為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間;τ為電動(dòng)機(jī)定子線圈熱容量系數(shù);I*為以電動(dòng)機(jī)額定電流為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值;Ksr為散熱系數(shù),可取1.05~1.1。

動(dòng)作曲線的啟動(dòng)門檻可取1.05~1.1倍電動(dòng)機(jī)額定電流,熱容量系數(shù)τ的取值應(yīng)由電動(dòng)機(jī)廠提供,或參照導(dǎo)則,根據(jù)電動(dòng)機(jī)的熱限曲線、過(guò)負(fù)荷能力、允許堵轉(zhuǎn)電流及時(shí)間或啟動(dòng)電流下的定子溫升進(jìn)行估算。

定子繞組過(guò)負(fù)荷若按定時(shí)限保護(hù)配置,則保護(hù)電流動(dòng)作值可按1.5~2.2倍電動(dòng)機(jī)額定電流整定,動(dòng)作時(shí)間按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)廠家提供的電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力整定,保護(hù)動(dòng)作于跳閘。

4.2 優(yōu)化電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)邏輯,增設(shè)定子繞組溫度輔助判據(jù)  

為保證電動(dòng)機(jī)的,可在電流型電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的基礎(chǔ)上,引入電動(dòng)機(jī)定子線圈的溫度作為輔助判據(jù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作,且電動(dòng)機(jī)定子線圈溫度超過(guò)限值時(shí),保護(hù)出口跳閘。

4.3配置電動(dòng)機(jī)熱過(guò)載保護(hù)并合理設(shè)置保護(hù)定值

微機(jī)電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)通常配置電動(dòng)機(jī)熱過(guò)載保護(hù)。熱過(guò)載保護(hù)的模型,綜合考慮了電動(dòng)機(jī)正序電流及負(fù)序電流對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的不同影響,以及電機(jī)冷態(tài)、熱態(tài)、散熱等工況。應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)廠家提供的電動(dòng)機(jī)熱限曲線或過(guò)負(fù)荷能力,合理設(shè)置電動(dòng)機(jī)熱過(guò)載保護(hù)定值并投入運(yùn)行,是對(duì)電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷的有效保護(hù)手段。

 

5安科瑞智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹

5.1產(chǎn)品介紹

智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器),采用單片機(jī)技術(shù),具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù),并設(shè)有SOE故障事件記錄功能,方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口,DC4-20mA模擬量輸出,方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5.2技術(shù)參數(shù)

5.2.1數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

  5.2.2模塊式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

  5.3產(chǎn)品選型

說(shuō)明:"表示具備,“"表示可選。

6結(jié)束語(yǔ)

重要電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性,充分釋放電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力,按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力整定,不宜太靈敏。電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)按二段配置,一段發(fā)信號(hào),信號(hào)應(yīng)發(fā)至主控室提醒運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整;另一段動(dòng)作于跳閘,跳閘段定值按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力整定。反時(shí)限動(dòng)作曲線貼近電動(dòng)機(jī)定子繞組的過(guò)負(fù)荷能力,采用反時(shí)限動(dòng)作曲線可為電動(dòng)機(jī)提供合理的保護(hù),同時(shí)可將電動(dòng)機(jī)定子繞組溫度作為電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷的輔助判據(jù),兩者均滿足條件時(shí)啟動(dòng)跳閘。投入并合理設(shè)置電動(dòng)機(jī)熱過(guò)載保護(hù)是保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷的有效手段。

 

參考文獻(xiàn)

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[2] 于愛(ài)民,宋 巖.三相異步電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的配置及定值設(shè)置分析

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版

 

 

作者簡(jiǎn)介:劉細(xì)鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電

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