高压异步电动机微机保护的整定

华宏彬　蒲　鉴

（河南能源化工集团黔希化工公司，贵州毕节 551500）

高压异步电动机微机保护的整定

华宏彬蒲鉴

（河南能源化工集团黔希化工公司，贵州毕节 551500）

随着计算机技术的迅速发展，微机保护已取代传统的电磁继电器，成为高压系统电气保护的标准配置，在工矿企业装置的电气设计中得到了广泛应用。相对于传统的继电保护，微机保护具有可靠性高、动作正确率高、使用灵活方便、维护调试方便、可以远方监控等优点，但微机保护能否正确应用，定值设定是其中一项非常重要的内容，也可以说是微机保护能否成功应用的关键。本文对高压异步电动机综合继电保护装置进行整定值计算，并对微机保护装置的使用应注意的问题进行了探讨，其计算过程和定值设定对工厂继电保护整定具有一定的参考和借鉴意义。

微机保护 电动机 定值整定

高压异步电机具有结构简单、性能稳定及维护简单等特点，在工农业得到广泛应用。但高压异步电机在启动、运行过程中有可能会发生异常情况，如过电压、过负荷、接地等。因此，对电动机的启动、运行必须进行实时监控，并采取一系列保护措施以保护电动机的安全以保障电机正常运行。随着计算机技术的迅速发展，采用计算机技术实现其基本控制原理的微机智能型综合继电保护装置在各行各业的工程上得到了广泛应用［1］。在工矿企业装置的电气设计中，其高压电动机等均采用微机型继电保护装置，能充分考虑到电气设备运行的各种情况，对电气设备起到全面保护。微机型继电保护装置能否正确动作，关键在于对被保护对象的各种参数的整定计算，因此熟悉并掌握微机型继电保护装置的整定计算是电气设计人员的一项重要技能。本文对高压异步电动机综合继电保护装置进行整定值的计算过程和定值设定，及微机保护装置使用问题，对工厂电机保护整定具有参考意义。

1　高压电动机继电保护配置

根据相关规范规程［2］对电压为3kV及以上的异步电动机的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置:定子绕组相间短路；定子绕组单相接地；定子绕组过负荷；定子绕组低电压；相电流不平衡及断相。继电保护配置有:

（1）定子绕组相间短路保护:小于2000kW异步电动机由电流速断电流保护实现，大于等于2000kW异步电动机由纵差保护或磁平衡差动保护实现；（2）相电流不平衡及断相:由负序电流保护实现；（3）定子绕组单相接地保护:采用零序电流互感器获取零序电流实现；（4）过热保护: 综合计及电动机的正序电流和负序电流的热效应，对电动机过载、启动时间过长和堵转提供保护。并有热记忆功能，即过热保护跳闸后，不会立即启动，需等到电动机散热到允许启动时，才能再次启动；（5）定子绕组过负荷:由过负荷保护实现；（6）定子绕组低电压；由低电压保护实现；（7）堵转保护。

2　各类保护整定方法

2.1电流速断保护

电动机启动时，电流速断保护投入高定值运行，躲过电动机启动时间（电动机启动完毕）后，切换回路将其切至低定值运行。

2.1.1高定值Iop.h

整定原则是躲过电动机启动电流。

定值计算:Iop.h=Krel.Ist

式中Iop.h为正序电流保护整定值；Krel为可靠系数取1.3；Ist为电动机启动电流，一般是6～8倍IN。

2.1.2低定值Iop.L

整定原则是躲过电动机的自启动电流；躲过外部三相短路时电动机反送电流。

定值计算:

（1）经真空断路器供电的电动机Iop.L=5IN；（2）熔断器-接触器（FC回路）供电的电动机Iop.L=4IN

2.1.3动作时间t1

对于采用断路器控制的电动机，选择瞬时动作，即t1=0s；对于F-C控制的电动机，由于短路故障由熔断器切除，而非接触器切除，应整定带一定的延时，一般取t1=0.3～0.4 s。

2.1.4灵敏度校验

按最小运行方式下，电动机接线端两相短路时，流过保护安装处的短路电流校验:

2.2纵差保护

2.2.1最小动作电流Iop.0

整定原则是应考虑躲过电动机在额定工况下在差动元件中产生的最大差流。

式中:Krel为可靠系数，取值范围1.5～2；Ker为两侧电流互感器的比误差，通常取0.06；K2为差动保护两侧通道的传输及调整误差，通常取0.1；IN为电动机的额定电流；nTA为电动机电流互感器的变比。纵差保护动作特性如图1所示:

2.2.2拐点电流Ires.0

整定原则是差动元件能可靠地躲过区外故障切除时在差动元件中产生的不平衡电流。

2.2.3比率制动系数S

整定原则是差动元件应能可靠躲过电动机启动时在差动元件产生的最大差流。

S取0.5。

2.2.4差动速断

为防止在输入回路上发生故障因电流互感器饱和致使差动保护拒动，增设差动速断保护。

Id=（2～3）IN/nTA

2.3磁平衡差动保护

整定原则是应可靠躲过外部单相接地时的不平衡电流。

式中:Krel为可靠系数，取值范围1.1～1.3；CMO为定子绕组每相零序电容；CM1定子绕组每相正序电容，取1.6；ω为314。

式中:G为绝缘材料确定的系数，B级绝缘时取0.0187；PN为电动机额定功率MW；UN为电动机额定电压kv。

动作时间t1一般取0.1s。

2.4负序电流保护

设置两段负序电流保护，Ⅰ段作为电动机相间短路故障的后备保护；Ⅱ段保护电动机的缺相运行。

（1）动作电流定值；Ⅰ段动作电流定值为I2OP.Ⅰ=IN；Ⅱ段动作电流定值为I2OP.Ⅱ=0.4IN

（2）动作时间；当电动机负序保护具有外部两相短路负序电流闭锁判据且其断路器为真空断路器时:

2.5单相接地保护

整定原则是被保护电动机及其配电线路上发生单相接地故障时，该保护应可靠动作，而在其他线路发生接地故障时，该保护应可靠不动作。

（1）动作电流定值:

式中:Krel为可靠系数，取值范围2～3；C1为电动机及其配电线路每相的对地电容之和。

（2）动作时间:

tOP=2～3s

（3）灵敏度校验:

式中:C∑为电动机所在系统每相对地电容；C1为电动机及其配电线路每相的对地电容之和。

按照规范规定:单相接地电流为10A及以上时，保护动作于跳闸；单相接地电流为10A以下时，保护可动作于跳闸，也可动作于信号。

2.6过热保护

高压电动机在运行中，当电动机电流过大，或出现负序电流，均会使电动机过热甚至烧坏电动机，在电动机保护需设置过热保护。

现在的微机保护装置中，采用等效过热模型构成过热保护。该等效发热电流为:

电动机过热保护动作特性方程为:

式中:τ为允许过热时间常数；I∞为电动机长期运行所允许的最大电流，t为保护动作时间。

定值整定:过热时间常数τ应由电动机制造厂提供。如无数据，对普通电动机，可取τ=500s。

2.7堵转保护

电动机在启动或运行过程中发生了堵转，使启动电流不能减小或使电流急剧增大，时间过长将烧坏电动机。故应设置堵转保护。

定值整定:

动作时间top=24～30s

2.8低电压保护

当供电电压降低或供电短时中断后，为防止电动机自启动时使供电电压进一步降低，以致造成重要电动机自启动困难或启动不起来，首先要切除一些对安全运行次重要的电动机，以确保重要电动机快速恢复正常运行。重要电动机不装设低电压保护。通常，厂用电动机低电压保护的整定值，有两轮动作电压及两轮动作时间。

2.8.1第一轮低电压保护

第一轮低电压保护的动作电压较高，而动作时间较短。通常在生产上不允许或不需要自启动的电动机上设置。

动作电压定值为:

动作时间为:

其延时时间应比自动重合闸和备用电源自动投入的时间tb大一级。

2.8.2第二轮低电压保护

第二轮低电压保护的动作电压较低，而动作时间长。通常在次重要的电动机上设置。

动作电压定值为:

动作时间为:

2.9过负荷保护

动作电流Iop:按躲过电动机额定电流下可靠返回条件整定:

式中Kr为返回系数取0.95。

动作时间:

式中为电动机启动及自启动时间。

对于传动风机负荷的电动机:

过负荷保护一般动作于信号。

3　微机型电动机保护装置使用应注意的问题：

3.1保护电流互感器的选择

（1）电流互感器保护级的选择；用于一般电动机保护的电流互感器的准确级选用10P级。用于差动保护的电流互感器的准确级选用5P级。（2）电流互感器二次负载的确定；电流互感器二次绕组所接入的负荷应保证实际二次负荷在25%～100%额定二次负荷范围内。（3）微机保护装置内部的隔离用电流互感器一次侧电流应于电动机主回路的保护电流互感器的二次侧电流保持一致。（4）准确限值系数Kalf的选择；只要互感器准确限值电流（Kalf×In）大于保护最大整定电流（例如电流速断整定值），可保证保护正确动作。当短路电流进一步增大，即互感器出现饱和后，二次电流仍保持增大趋势，能保证保护装置可靠动作。因此，按保护最大定值确定互感器的准确限值系数，则一般电流互感器准确限值系数取15～20即可满足要求。

3.2电流速断保护灵敏度的校验

系统短路容量较小，电动机容量较大时，电流速断保护可能无法满足灵敏度的要求，如此，应改用差动保护装置。

4　结语

微机型电动机保护装置现在工矿企业得到广泛应用，其微机保护定值的整定对于继电保护装置满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求具有重要意义，且直接关系到电动机的是否能安全可靠运行和电力系统的可靠运行。本文根据电动机在运行中的各种故障情况，对由各种原理构成的电动机保护的整定计算方法以及保护使用应注意的问题进行了探讨，希望对大家的电机整定计算和定值设置起到一点有益的作用。

［1］李玉海，等.电气部分电力主设备继电保护的理论实践及运行案例［J］.中国水利水电出版社，2010.

［2］任元会，等.工业与民用配电设计手册（第三版）［M］.北京：中国电力出版社，2005.