国外某油田中压电动机保护配置与整定计算
2015-06-23王炳国
王炳国
(胜利石油管理局 电力管理总公司,山东 东营 257000)
国外某油田中压电动机保护配置与整定计算
王炳国
(胜利石油管理局 电力管理总公司,山东 东营 257000)
中压电动机作为油气田负荷的重要组成部分,在油气生产过程中发挥着关键作用,其保护配置尤其重要。通过采用对比法,比较国家标准、设计手册与IEEE规范的异同,确定国外某油田中心处理站11 kV异步电动机的保护配置,并在此基础上采用IEEE规范完成整定计算,得出中压电动机各种保护的整定值。
中压电动机;保护配置;整定计算
作为油气田常见的负荷类型,电动机应用于各种场所,中压电动机常作为站场的主要负荷来运行,一般为二级及以上负荷,在进行配电设计及保护配置时,要重点、区别对待。国外某油田中心处理站有11 kV电动机若干台,最大的电动机负荷为压缩机用异步电动机,额定功率7 000 kW,两用一备,采用真空断路器保护并配置微机综合保护模块。笔者以该电动机为例,系统讲述中压电动机的保护配置及整定计算。保护配置参照《工业与民用配电设计手册》第三版[1],《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-2008[2]及IEEE Std C37.96 IEEE Guide for AC Motor Protection[3],整定计算采用IEEE Std C37.96推荐的数值及曲线。
1 保护配置
1.1 国内手册及规范要求
根据《工业与民用配电设计手册》第三版[1]表7-21, 2 MW及以上的异步电动机可能装设的保护有:
(1)差动保护;
(2)过负荷保护(生产过程中易发生过负荷时,或起动、自起动条件严重时装设);
(3)单相接地保护(单相接地电流>5 A时装设,≥10 A时一般动作于跳闸,5～10 A时可动作于跳闸或信号);
(4)低电压保护(根据需要装设)。
根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB/T50062-2008[2]要求:
(1)2 MW及以上的电动机,应装设纵联差动保护,并应瞬时动作于跳闸;
(2)作为纵联差动保护的后备,宜装设过电流保护;
(3)对电动机单相接地故障,当接地电流大于5 A时,应装设有选择性的单相接地保护;接地电流为10 A及以上时,保护装置应动作于跳闸;单相接地电流为10 A及以下时,保护装置宜动作于信号;
(4)对电动机的过负荷应装设过负荷保护;
(5)对母线电压短时降低或中断,应装设电动机低电压保护;
(6)2 MW及以上的重要电动机,可装设负序过流保护,保护装置应动作于跳闸或信号。
鉴于规范对保护的要求比较详细,本文中仅列出主要内容。通过对比手册和规范的要求可以看出,规范的内容比手册要详尽得多,并且提出了宜装设过电流保护作为纵联差动保护的后备。
1.2 国际规范要求
IEEE Std C37.96 IEEE Guide for AC Motor Protection[3]对断路器保护的异步电动机保护配置进行了推荐,如图1所示。
图1 电机保护配置原理图
综上所述,IEEE规范所推荐的保护配置,涵盖了设计手册和规范GB50062-2008所有要求,并有所扩展。鉴于本文中所提及的中心处理站地处国外,需要遵循国际标准,因此对7 000 kW电动机保护配置如下:纵联差动保护、速断保护、过电流保护、单相接地速断保护、过负荷保护、负序过流保护、低电压保护。对于电动机本体的定子、转子温度保护,以及震动检测等,由电动机厂家配置完成。
2 整定计算
2.1 输入数据
2.2 整定计算
2.2.1 纵联差动保护
(1)启动电流。根据IEEE C37.96-2012启动电流应为10%到 20%的电动机额定电流,差动保护电流互感器采用自平衡式,误差小,因此取启动电流为10%的电动机额定电流。计算如下:
Iset=10%IM=10%×423.5 A=42.35 A.
式中，IM为电动机额定电流,423.5 A。
则继电器动作值为
式中，nCT为电流互感器变比。
(2)动作时间。动作时间设为0.1s。
2.2.2 速断保护
(1)启动电流。根据IEEE C37.96-2012启动电流可设为165%～250%的电动机启动电流,则有
Iset=180%ILr=180%×6.5×423.5,
A=4 954.95 A，
式中，ILr为电动机启动电流，6.5×423.5 A。
继电器动作值为
(2)灵敏度检验。
(3)动作时间。动作时间设为0 s。
2.2.3 过电流保护
(1)启动电流。根据IEEE C37.96-2012启动电流可设为150%～175%的电动机额定电流,则有
Iset=150%IM=150%×423.5 A=635.3 A，
继电器动作值为
(2)动作时间。采用IEEE推荐的极端反时限曲线,根据保护模块VAMP本身的公式设定动作时间,有
式中，Ipickup为电流整定值;A、B、C为IEEE中针对不同继电器型所选取的常数，A=28.2,B=0.121 7,C=2。
两组自我护理情况比较:在自我护理技能、自我护理责任感、自我护理能力等方面,观察组效果要明显优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),见表2。
所测量故障电流为
I=ILr=6.5×423.5 A=2 752.8 A,
Ipickup=Iset=653.3 A.
以躲过电动机启动电流为准，将电动机启动时间(t=12.5 s)带入上式，得k=6.94。根据VAMP保护配合曲线，k的值取7，从而得到过电流保护的反时限曲线。根据反时限曲线，就可以查出不同故障电流下的动作时间。故障电流大时动作时间短，故障电流小时动作时间长。
2.2.4 单相接地速断保护
继电器动作值为
(2)动作时间:动作时间设为0s。
2.2.5 过负荷保护
(1)启动电流。根据IEEE C37.96-2012启动电流可设为115%～125%的电动机额定电流,当利用系数为1时,应乘以0.9的系数,则有
Iset=0.9×115%IM=0.9×115%×423.5 A=438.3 A，
继电器动作值为
(2)报警信号动作值设定为90%;热态时间常数,根据电动机数据表,设为58 min;冷态时间常数系数采用默认值1;40 ℃时允许带负荷100%;环境温度52 ℃。
2.2.6 负序过流保护
(1)启动电流。根据IEEE C37.96-2012启动电流可设为15%左右的电动机额定电流,则有
Iset=15%IM=15%×423.5 A=63.5 A，
继电器动作值为
式中，nCT为电压互感器变比。
(2)动作时间。动作时间设为10 s。
2.2.7 低电压保护
(1)启动电压。根据IEEE C37.96-2012启动电压常设置为80%的额定电压,则有
Uset=80%Un=80%×11 kV=8.8 kV,
继电器动作值为
(2)动作时间。动作时间设为2 s。
至此整定完毕。
3 结束语
中压电动机是油气田负荷的重要组成部分,其保护配置根据负荷功能有所差异,例如用于消防水泵的电动机,不需要配置过负荷保护等。国内规范与国际规范对中压电动机的保护配置规定大致相同,但国外规范的配置更直观、全面。进行整定计算时,除了要遵循选定的规范中的公式外,要与微机保护模块本身的性能相配合。
[1] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京:中国电力出版社,2005:294-380.
[2] 中国电力企业联合会.GB/T50062-2008电力装置的继电保护和自动装置设计规范[S].北京:中国计划出版社,2009:24-27.
[3] IEEE Std C37.96-2012. IEEE guide for AC motor protection [S]. New York: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc, 2012:54- 67.
[责任编辑] 董大伟
2015-06-13
王炳国(1968—),男,山东寿光人,胜利石油管理局电力管理总公司高级工程师,主要从事国内外油气田地面工程电力专业规划设计和建设研究。
10.3969/j.issn.1673-5935.2015.03.006
TM32
A
1673-5935(2015)03- 0019- 03
