继电保护装置在高压电机保护中的应用

2022-01-20郑康东陈伟钢李康康

通信电源技术 2021年15期

郑康东，陈伟钢，李康康

（1.国家能源集团浙江南浔天然气热电有限公司，浙江湖州 313000；2.国能浙江能源销售有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

继电保护装置在6 kV高压电机保护中得到了很好应用，通过分析其特点和结构，明确了其实际应用的价值和作用。通过详细了解其功能，清楚了6 kV高压电机保护整定范围和具有的操作方法，进而了解和认识了PSL继电保护装置逻辑编程方式。文章以KM-4001A型高密度变电所粉料输送风机作为研究对象，分析P241继电保护装置在高压电机保护中的应用，原因在于该型号送风机应用性较强，普适性较高，且对于了解和认识整个保护过程具有很强典型性[1,2]。

1 P241继电保护装置的特点

作为一种紧凑型保护装置，P241继电保护装置能够做到全方位保护性覆盖，不仅具有很强的保护性与测量性功能以及控制与监视功能，同时还能在系统故障分析与诊断方面提供有力支持[3,4]。从结构划分上看，P241继电保护装置的前面板和背板均由多种不同零部件组成，在前面板上，除了醒目的LCD显示面板和LED灯以及键盘外，电池室和通信接口也是不容忽视的两类零部件。包括电源板、数字量输入板以及模拟量输入板在内的多种插槽卡件则构成了P241继电保护装置背板[5,6]。在信息数据和数值的修改、编辑、提取以及显示方面，主要通过由LCD显示面板和键盘组成的人机界面来实现，也可通过前面板通信端口连接PC机来实现。

2 P241继电保护装置保护控制功能

2.1 独立的整定值组

为了满足实际应用需求，比如实现单一性的设置或退出，P241继电保护装置给出了内容不同的两套整定值组，且二者彼此完全独立。当单次操作不需要某项或某些功能来作支持时，可在设置功能支持下完成退出，操作完成后，与之相关的内容和功能也将被屏蔽掉[7]。

退出操作方式如下。首先打开MICOM S1软件，其次打开定值菜单，接着找到相应选项（Setting Group1）并选择，最后将选项设置为“允许”（Enable），并接着选定Setting Group2，并经内容设置为“禁止”（Disable）。

2.2 可编程方案逻辑PSL

PSL在实际应用中可表现出极强控制功能，用户可借助自定义保护功能来实现相关操作，同时多种类逻辑门和通用计时器也将给予足够支持，用户可以利用这些功能完成预想操作。需要指出的是，作为可编程逻辑方案实现的主要操作平台，MICOM S1必须是基于PC机的图形化软件[8,9]。

将PC机连接至P241继电保护装置的RS-232通信端口处（位于前面板），当界面出现后，首先双击打开应用软件，即MICOM S1，待软件稳定运行起来后再打开PSL逻辑编辑器。PSL逻辑编辑器主要负责实现文件的上传与下载、修改与创建，其中修改操作包括在线和离线两种状态[10,11]。

3 6kV高压电机保护整定

6 kV高压电机保护整定包含了比较丰富的内容，文章将从以下4个方面进行描述。将KM-4001A型高密度变电所粉料输送风机作为研究对象，相应方面内容所对应的动作方式和整定值见表1。

3.1 速断保护

文章主要从短路保护特点和定值整定两个方面进行分析。首先看短路保护特点，继电保护装置提供了两个短路保护元件，每个短路保护元件都带有定时限延时功能。在此项功能帮助下，由非周期分量所造成的误跳闸现象将会得到有效避免。然后看定值整定，具体短路参数设置情况见表2，其中I＞1和I＞2为两个保护元件，认定单位段。

表2 继电保护装置短路参数设置情况

结合表2内容，DT表示定时限，通过观察和分析定值组参数，P241的速断保护功能需要由I＞1（电流1段）定值组来实现。需要注意的是，尽管I＞2（电流2段）定值组在整个过程中并未发挥任何作用（从速断保护角度来看），但为了实现TA断线闭锁低电压保护功能，相应参数必须得到设定，所以不可关闭。另外，在定时限延时功能作用下，延时值最低只能设置为40 ms。

3.2 热过负荷保护

针对继电保护装置热保护不平衡问题，热过负荷保护在考虑有效RMS和负序电流分量作用基础上给出了有效解决方案。为实现最佳保护效果，在绘制相应负荷曲线时，包括不同状态下的电机周期时间常数设定需要作详细参考。在面对因启动时间过长，或启动电流过大等极端启动情况时，需要使用跳闸闭锁功能，待电机充分冷却后再重新启动。

3.3 低电压保护

关于低压保护，其保护特点在于两个相互独立的保护段，分别是欠压1段和欠压2段。其中欠压1段特性表现为反时限跳闸或定时限跳闸，欠压2段特性只表现为定时限跳闸。继电保护装置低电压保护参数设定情况如表3所示，U＜1和U＜2为两个互相独立的保护段。

表3 继电保护装置低电压保护参数设定情况

从表3中可以看出，当U＜1时，低电压保护功能得到实现，当U＜2时，低电压保护功能并未能实现，即没有产生保护作用，但为了使其成为TV断线判据，不仅不能关闭功能，还要将参数严格设置为30 V。

3.4 灵敏接地保护

关于灵敏接地保护，P241接地保护元件共分两段，一段是正方向，另一段是负方向或无方向二者中的一个。以某石化为例，独立零序电流互感器的应用起到了良好效果。在实际应用中，磁化电流量得到明显减少，约减少了1/3，但应用范围较窄，更多被用于小电流故障检测中。

4 PSL逻辑编程方案

4.1 速断保护PSL逻辑

结合图1内容进行分析，当I＞1时（电流Ⅰ段），定值组的速断保护功能得到实现，此时短路故障若发生，其定值组整定值便会得到满足。而在PSL逻辑里，需要将“TripI＞1速断保护”功能块设置为1，同时将“Thermal Trip热过负荷”功能块和低电压逻辑块一并结合起来，三者共同构成一个“或”逻辑，并进行输出，接着将图1中的“Relay4”模块设置为1，完成断路器跳闸。

图1 PSL跳闸逻辑图

4.2 热过负荷保护PSL逻辑

首先需要确保热过负荷整定值得到满足，将“Thermal Trip热过负荷”功能块设置为1，同时与“TripI＞1速断保护”功能块和低电压逻辑共同组成一个“或”逻辑，并进行输出，然后将Relay4设置为1，实现断路器跳闸。

4.3 低电压保护PSL逻辑

在低电压保护PSL逻辑实现过程中，分别对A、B、C进行正确测压很关键，只有获得正确电压值后，才能完成对三者U＜1状态下的功能块进行设置，即设置为1。三者逻辑关系为“与”。接着在时间继电器作用下（时间设置为0.9 s），将低电压功能与TV断线监测功能合并，组成一个“与”逻辑，并从中判断是否发生低压故障。然后在低电压保护与“Thermal Trip热过负荷”功能块和“TripI＞1速断保护”功能块三者共同作用下，组成一个“或”逻辑，并进行输出，将Relay4设置为1，实现断路器跳闸。