安科(kē)瑞 陳聰(cōng)

摘要：介紹(shào)了一(yī)種(zhǒng)集保(bǎo)護，測量(liáng)，顯示(shì)，通(tōng)信等(děng)為一體的電動(dòng)機保護測控裝(zhuāng)置(zhì)，該保護測控(kòng)裝(zhuāng)置(zhì)具有(yǒu)對電動機的過載，堵(dǔ)轉(zhuǎn)，斷(duàn)相(xiāng)，不平衡(héng)，接地，過(guò)/欠(qiàn)壓(yā)等故障引起的危害(hài)予以(yǐ)不同(tóng)的保(bǎo)護(hù)。同時可通過串口或(huò)以太(tài)網通訊(xùn)與電力監控係(xì)統(tǒng)Acrel-2000連接，實(shí)現(xiàn)在(zài)綫(xiàn)監測和自動控製(zhì)。

關鍵(jiàn)詞(cí)：電(diàn)動機保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)；電力監控(kòng)係統；在(zài)綫(xiàn)監測(cè)；自(zì)動控製(zhì)

0 引(yǐn)言(yán)

     某化工(gōng)企業(yè)熱電站(zhàn)鍋爐(lú)引(yǐn)，送風(fēng)機(jī)配(pèi)套電機(jī)功率均為450kW的10kV的高壓電機，電(diàn)機(jī)一旦(dàn)損(sǔn)壞(huài)，將造成(chéng)全(quán)綫(xiàn)停車(chē)，並且維修(xiū)周(zhōu)期長，費用(yòng)高，給生產(chǎn)造成較大的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)。鍋爐引，送(sòng)風(fēng)電機長(cháng)期運(yùn)行在高溫，塵(chén)多的惡(è)劣環境中(zhōng)，容易(yì)發生軸承(chéng)損(sǔn)壞(huài)，定轉子相擦(cā)故障(zhàng)以及(jí)機(jī)械過負荷引(yǐn)起電機繞(rào)組(zǔ)絕緣老(lǎo)化，定子(zǐ)繞(rào)組(zǔ)的(dí)相(xiāng)間(jiān)短路(lù)，匝(zā)間短(duǎn)路(lù)及單相(xiāng)接地等故(gù)障。如不(bù)及時發現處理(lǐ)，一(yī)旦電機(jī)損壞，直(zhí)接威脅(xié)著(zhuó)企業的安(ān)全(quán)生(shēng)產，給企業造成較(jiào)大的損(sǔn)失。為保證(zhèng)高壓(yā)電機安(ān)全穩定運(yùn)行(háng)，提(tí)高(gāo)保護(hù)的靈敏性，可靠性(xìng)，高壓(yā)電(diàn)機均采(cǎi)用安(ān)科瑞(ruì)AM5SE-M電動(dòng)機保(bǎo)護測(cè)控裝(zhuāng)置，以(yǐ)達(dá)到快(kuài)速(sù)切斷故障的(dí)目(mù)的。

1 電(diàn)動機保(bǎo)護裝(zhuāng)置概述

     AM5SE-M電動機保(bǎo)護(hù)測控裝置(zhì)可應用於(yú)功率為2000kW及以下的高(gāo)壓(yā)電(diàn)動機。電動機(jī)保(bǎo)護測(cè)控裝置(zhì)具有保(bǎo)護(hù)，測量，顯示(shì)，通(tōng)信(xìn)等在(zài)綫(xiàn)監測功能，通(tōng)過(guò)自(zì)身(shēn)*的保護功(gōng)能，對電機的軸(zhóu)承損(sǔn)壞(huài)，定轉(zhuǎn)子相擦(cā)，匝間短路(lù)等(děng)產生(shēng)的發(fā)熱情(qíng)況能(néng)起(qǐ)到(dào)很好的(dí)保護作用，可就地(dì)安裝(zhuāng)於(yú)高(gāo)壓(yā)開(kāi)關(guān)櫃(guì)上，通(tōng)過串口或(huò)以太網(wǎng)通(tōng)訊與電力監(jiān)控係統Acrel-2000連接，監(jiān)控係(xì)統(tǒng)可(kě)實(shí)時監(jiān)控(kòng)和遙控(kòng)，較(jiào)容(róng)易實現(xiàn)自動控製及(jí)在(zài)綫監測。

2 保(bǎo)護配置及原(yuán)理(lǐ)

AM5SE-M電(diàn)動(dòng)機(jī)保護(hù)測控(kòng)裝(zhuāng)置具(jù)有電(diàn)機的(dí)過(guò)流保護，過負荷(hé)保(bǎo)護，過熱保(bǎo)護(hù)，堵(dǔ)轉保護，啟動(dòng)時(shí)間過長保護，斷(duàn)相保(bǎo)護(hù)，電流不平衡(héng)保護，低電壓保(bǎo)護及(jí)過電壓保(bǎo)護等對(duì)電(diàn)機的(dí)全(quán)套(tào)保護(hù)，並具(jù)有測量，監控，操作(zuò)，故(gù)障(zhàng)記(jì)錄和通(tōng)信等(děng)各項功能(néng)，用(yòng)戶(hù)可(kě)根(gēn)據(jù)需要自行選擇投入或退出。

2.1 過流(liú)保護(hù)

AM5SE-M電動機保護(hù)測控(kòng)裝(zhuāng)置中(zhōng)的過流保(bǎo)護(hù)主要(yào)用作(zuò)電(diàn)機(jī)內部(bù)及進綫(xiàn)的(dí)短路(lù)保護，主要分(fēn)為(wéi)啟動(dòng)中(zhōng)/運行中(zhōng)過流一(yī)段保(bǎo)護，過流二(èr)段保護(hù)，反(fǎn)時限過流(liú)保(bǎo)護。

異步電動機(jī)在(zài)啟(qǐ)動(dòng)過(guò)程(chéng)中(zhōng)電流很(hěn)大(dà)，通(tōng)常能達到5～8倍額定電(diàn)流(Ie)，啟動(dòng)時間能(néng)長(cháng)達(dá)幾十秒。裝置設(shè)兩(liǎng)個過流一(yī)段(duàn)定(dìng)值(zhí)，在啟動(dòng)過(guò)程中(zhōng)采(cǎi)用(yòng)“啟動時過流一(yī)段定值"，該值按躲(duǒ)過(guò)電動機啟動(dòng)電流整定(dìng)，等電動(dòng)機啟動過程(chéng)結束後(hòu)，自動采(cǎi)用(yòng)“運(yùn)行(háng)時過流一(yī)段定(dìng)值"，該值按(àn)電動(dòng)機自(zì)啟動(dòng)電(diàn)流和(hé)區外出(chū)口(kǒu)短路(lù)時(shí)電動(dòng)機反饋電流(liú)考慮，取兩(liǎng)個(gè)電流中的(dí)大(dà)者。

2.2 過熱保護

過(guò)熱(rè)保(bǎo)護是(shì)通過(guò)對電動機(jī)運(yùn)行(háng)中(zhōng)熱容量的跟蹤(zōng)計算來保護(hù)電(diàn)動(dòng)機(jī)免於因過熱而縮短(duǎn)壽(shòu)命或損(sǔn)壞。電動機(jī)過(guò)負荷，啟(qǐ)動時(shí)間過(guò)長(cháng)，堵轉等(děng)會產(chǎn)生(shēng)較大的正(zhèng)序(xù)電流；而(ér)斷相，不對稱短路(lù)，輸入(rù)電(diàn)壓不對稱(chēng)時會(huì)同(tóng)時(shí)產生較(jiào)大(dà)的(dí)正序(xù)和負序(xù)電(diàn)流(liú)，根據(jù)電(diàn)動機定子正序和負序電流(liú)引起的發熱(rè)特(tè)征(zhēng)，可(kě)對上述故(gù)障提供(gōng)熱過載保(bǎo)護(hù)。

用正(zhèng)，負(fù)序綜合(hé)測量值(zhí)Ieq作(zuò)為(wéi)等(děng)效電流來模擬電動機(jī)的(dí)發熱效(xiào)應(yīng)，即(jí)：

其(qí)中(zhōng)：Ieq ：等效(xiào)電流

I1：正序電(diàn)流

I2：負序電(diàn)流(liú)

K1：正(zhèng)序(xù)電(diàn)流發熱係數(shù)，在(zài)電(diàn)機(jī)啟動過程(chéng)中(zhōng)K1＝0.5，啟(qǐ)動(dòng)完畢K1＝1

根據(jù)電(diàn)動(dòng)機的發熱(rè)模型反時(shí)限(xiàn)特性(xìng)，為(wéi)合理保(bǎo)護(hù)電(diàn)動(dòng)機(jī)，保護的(dí)動作時間(jiān)t和(hé)等(děng)效電流(liú)Ieq的(dí)關(guān)係有(yǒu)如(rú)下兩條曲綫可(kě)供(gōng)選擇：

1）

其(qí)中(zhōng)：τ：過熱時(shí)間常(cháng)數

I∞：允(yǔn)許(xǔ)電機(jī)長期運行的(dí)電流值(zhí)，一般(bān)可(kě)設(shè)為1.1

2）

其(qí)中(zhōng)：τ：過(guò)熱(rè)時(shí)間(jiān)常數

I∞：允許(xǔ)電(diàn)機(jī)長期運行的電流值，一般可設(shè)為1.1

Ip：過負(fù)荷(hé)前(qián)的負載(zǎi)電流，若(ruò)過(guò)負(fù)荷前處於冷態，則Ip=0

選(xuǎn)擇(zé)上述兩曲綫之(zhī)一(yī)進(jìn)行計(jì)算，當熱積累值達(dá)到τ時(shí)，裝(zhuāng)置(zhì)發出告(gào)警信(xìn)號(hào)或保(bǎo)護跳(tiào)閘(zhá)。

保護邏(luó)輯(jí)見圖1。

圖(tú)1 過(guò)熱保護邏輯

2.3 堵轉保護(hù)

堵(dǔ)轉保(bǎo)護是(shì)防(fáng)止(zhǐ)電(diàn)動機(jī)在運(yùn)行時，由於轉(zhuǎn)子(zǐ)堵(dǔ)塞(sāi)而發生電流(liú)突然升高(gāo)，以致(zhì)燒(shāo)毀(huǐ)電動(dòng)機(jī)，這(zhè)種情(qíng)況(kuàng)可能出(chū)現(xiàn)在滾動(dòng)軸承(chéng)碎裂，負(fù)載轉矩突然升高。在電動機啟動過(guò)程中(zhōng)堵(dǔ)轉保護閉(bì)鎖，電機(jī)進入(rù)運行狀態後(hòu)堵(dǔ)轉(zhuǎn)保(bǎo)護(hù)才(cái)合理。在一(yī)定意義上(shàng)，堵(dǔ)轉保(bǎo)護可作(zuò)為電(diàn)動(dòng)機運(yùn)行(háng)過程中(zhōng)短路(lù)保護的後備保(bǎo)護。當(dāng)電(diàn)動(dòng)機(jī)三(sān)相(xiāng)電流IA，IB，IC任(rèn)一(yī)相超(chāo)過(guò)堵(dǔ)轉電流(liú)定(dìng)值(zhí)，並有轉速低(dī)信號輸(shū)入(rù)，達到整(zhěng)定延時(shí)時間(jiān)後(hòu)保(bǎo)護跳(tiào)閘。保護邏輯見(jiàn)圖(tú)2。

圖(tú)2 堵(dǔ)轉保護(hù)邏輯

2.4 啟動時間(jiān)過(guò)長(cháng)保護

正常(cháng)的啟(qǐ)動結束後電(diàn)動機(jī)的運行(háng)電流(liú)將低於(yú)額定(dìng)值或在額(é)定(dìng)值附近，而啟動(dòng)時(shí)間過長(cháng)則是在(zài)啟(qǐ)動(dòng)時間過(guò)後電動機(jī)的運行電流(liú)仍保(bǎo)持較(jiào)大(dà)值(zhí)（一般(bān)為機械原(yuán)因）。AM5SE-M電動(dòng)機保護(hù)測控(kòng)裝置可自動(dòng)識別(bié)當(dāng)前(qián)過程(chéng)是(shì)否為啟(qǐ)動過程，如(rú)是則(zé)當整(zhěng)定(dìng)的(dí)啟動時(shí)間到(dào)達(dá)後，電動(dòng)機(jī)的(dí)三(sān)相電流(liú)仍(réng)大於啟動(dòng)電(diàn)流(liú)定值(zhí)時(shí)，本保護動(dòng)作(zuò)於跳(tiào)閘(zhá)。

2.5 斷相保護

斷相(xiāng)保護是(shì)為(wéi)了(liǎo)防止電動機(jī)在運行(háng)過程中發生斷綫(xiàn)而(ér)導(dǎo)致電動(dòng)機兩相運(yùn)行產(chǎn)生過熱而燒(shāo)毀，斷(duàn)相保(bǎo)護功(gōng)能通(tōng)過檢測回(huí)路電(diàn)壓(yā)，判(pàn)斷電(diàn)動(dòng)機回路斷(duàn)相故障(zhàng)，在檢測到斷(duàn)相(xiāng)故障後，斷(duàn)相保(bǎo)護功能(néng)啟(qǐ)動(dòng)並(bìng)觸發延時，在設定(dìng)的延(yán)時結(jié)束後發出(chū)跳閘(zhá)命令。

2.6 電流(liú)不平(píng)衡(héng)保護(hù)

電流(liú)不平衡保(bǎo)護是為了防止因三相(xiāng)電流不平衡(héng)可能引起(qǐ)的電動(dòng)機(jī)過熱(rè)，當電流不平衡(héng)度(dù)超過(guò)電(diàn)流不(bù)平衡(héng)度設定值，電(diàn)動機處於(yú)已運(yùn)行狀態(tài)時，經延(yán)時，裝置(zhì)保護(hù)跳(tiào)閘或者(zhě)告警(jǐng)。保(bǎo)護邏輯見圖3。

圖3 電流不平衡(héng)保護邏輯

2.7 低電壓保護

電(diàn)動機低壓運(yùn)轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)矩(jǔ)急劇(jù)下降，會(huì)造成(chéng)電(diàn)動(dòng)機嚴(yán)重(zhòng)過(guò)載，因(yīn)此(cǐ)設(shè)置低(dī)電壓(yā)保(bǎo)護。當三(sān)個綫(xiàn)電壓均小(xiǎo)於(yú)低電壓(yā)跳(tiào)閘/告(gào)警(jǐng)定(dìng)值(zhí)時，經過(guò)延(yán)時，裝置(zhì)跳(tiào)閘或者(zhě)告警。為(wéi)防(fáng)止(zhǐ)因PT斷(duàn)綫使(shǐ)保護(hù)誤動(dòng)，設(shè)置有PT斷(duàn)綫(xiàn)閉鎖(suǒ)。當(dāng)發(fā)生(shēng)PT斷(duàn)綫(xiàn)時，裝置將(jiāng)發(fā)出告(gào)警(jǐng)信(xìn)號並(bìng)閉鎖失壓保護，該閉(bì)鎖條件可(kě)選(xuǎn)擇(zé)投入或(huò)者(zhě)退出。裝置可以(yǐ)設置是(shì)否加(jiā)入(rù)合(hé)位作為判(pàn)斷(duàn)失(shī)壓(yā)的條(tiáo)件，此外(wài)，裝置可(kě)以(yǐ)根(gēn)據用戶(hù)使(shǐ)用的場合(hé)選擇(zé)何時解(jiě)除低電壓(yā)故(gù)障(zhàng)信息，若(ruò)投入低(dī)電(diàn)壓(yā)閾(yù)值投退(tuì)，則裝(zhuāng)置電壓(yā)小(xiǎo)於無壓(yā)定值(zhí)時(shí)，保護動(dòng)作(zuò)即(jí)可返回，若(ruò)退出低電壓閾值投退，則裝置電壓(yā)需(xū)恢(huī)復至(zhì)正(zhèng)常電壓(yā)，才(cái)可(kě)解除(chú)故障(zhàng)信息(xī)。低電壓(yā)保(bǎo)護開放條件：三(sān)個(gè)綫電壓有一個大於1.05倍低電(diàn)壓定(dìng)值，且(qiě)延時500ms。該條件一(yī)旦成立，低電(diàn)壓(yā)保護(hù)合理(lǐ)。

3 裝置存在(zài)的(dí)問題及改(gǎi)造(zào)

      AM5SE-M電(diàn)動機保護測控裝置雖具(jù)有高壓電機(jī)的全套保護功(gōng)能，當出(chū)現故障保護(hù)動作後，故障(zhàng)已經(jīng)形成，隻(zhī)能(néng)停車處理。裝置(zhì)正(zhèng)常運行(háng)時隻是(shì)監視  電機的運(yùn)行電壓，電(diàn)流，僅(jǐn)憑(píng)這(zhè)些(xiē)很難(nán)發(fā)現故障(zhàng)隱(yǐn)患。為(wéi)盡早(zǎo)發(fā)現事(shì)故(gù)隱(yǐn)患，把事(shì)故消(xiāo)滅在萌(méng)芽狀態，經充(chōng)分(fēn)研(yán)究論(lùn)證後認為(wéi)：電(diàn)機(jī)的(dí)損壞多是繞(rào)組，軸(zhóu)承(chéng)發熱(rè)，過熱(rè)保護隻(zhī)是(shì)綜合(hé)計算電(diàn)機正(zhèng)序(xù)和負序電流的熱(rè)效(xiào)應(yīng)，軸承(chéng)發熱(rè)後如果(guǒ)再繼(jì)續運行(háng)可能會使電(diàn)機(jī)發(fā)生損壞。因此在(zài)電(diàn)機內(nèi)部預(yù)埋PT100電阻型溫(wēn)度(dù)傳感(gǎn)器用來測(cè)量電機(jī)內(nèi)部繞(rào)組，軸(zhóu)承溫(wēn)度(dù)，並(bìng)將PT100與ARTM-8溫度(dù)巡檢儀連接(jiē)，利用(yòng)ARTM-8實(shí)時監(jiān)測溫(wēn)度，同時(shí)通(tōng)過RS485通(tōng)訊(xùn)接口(kǒu)將溫(wēn)度(dù)數(shù)據(jù)也傳(chuán)輸至(zhì)Acrel-2000電力監(jiān)控係(xì)統(tǒng)，便於運(yùn)行(háng)維護(hù)人員實(shí)時查看溫(wēn)度(dù)，為設備的安全，穩(wěn)定運行(háng)提供(gōng)了(liǎo)技(jì)術(shù)支(zhī)持(chí)。

圖4 改造(zào)後電力監控網絡拓撲圖(tú)

4 結語(yǔ)

該化工(gōng)企業擁有10kV高(gāo)壓(yā)電(diàn)機二(èr)十(shí)餘台(tái)，采(cǎi)用(yòng)AM5SE-M電動(dòng)機保護測(cè)控(kòng)裝置(zhì)後(hòu)，當發生(shēng)過流，短(duǎn)路(lù)，接地等(děng)故(gù)障時保護均(jūn)能可靠(kào)動作，防(fáng)止事(shì)故的(dí)進一(yī)步(bù)擴大。利(lì)用Acrel-2000電力監控係(xì)統對各回路(lù)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置實時監控，同時也(yě)合(hé)理地監視到軸承，繞(rào)組(zǔ)溫度明顯(xiǎn)升(shēng)高(gāo)的事(shì)故隱患(huàn)，並及時(shí)地(dì)進行處(chǔ)理，確(què)保(bǎo)電機(jī)運(yùn)行(háng)狀況(kuàng)良(liáng)好，避免事故(gù)的(dí)擴大(dà)，保證(zhèng)設(shè)備安(ān)全穩定運行，為(wéi)企(qǐ)業(yè)的連續(xù)，穩定(dìng)生產(chǎn)提(tí)供(gōng)了有(yǒu)力(lì)的(dí)技(jì)術保障。

參考文(wén)獻(xiàn)

[1] 蔡澤(zé)祥，侯勇(yǒng)，劉振武(wǔ).高(gāo)壓(yā)異(yì)步電(diàn)動機的智能化綜(zōng)合保護[J].2004

[2] 蔣麥占(zhān).電(diàn)動機及其驅(qū)動機械電(diàn)氣(qì)保護(hù).2005

[3] 電動(dòng)機(jī)微機保護(hù)監控(kòng)裝置(zhì)在石化(huà)企業的(dí)應用(yòng)

[4] 趙(zhào)水星.高壓電機綜合(hé)保(bǎo)護測控裝置(zhì)的應用(yòng)及(jí)改造(zào)

[5] 安科(kē)瑞用戶變電站綜合(hé)自(zì)動(dòng)化與運維(wéi)解(jiě)決方案.2021.11月(yuè)版