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浅谈核电厂中压电动机保护定值的技术改造

发布时间: 2021-08-04  点击次数: 79次

孟洋
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要:中压电机是核电厂重要的厂用负荷,是保证电站长期安全稳定运行的重要组成部分,本文介绍了某厂电动机保护定值从调试到商运等不同阶段的变化过程,在国家规范未明确系统和设备谁的优先级更高的情况下,根据电动机自身参数,对电动机保护配置定值进行整定和优化,将是一种兼顾系统和设备安全的选择。

 

关键词:中压电动机;保护定值;技术改造

 

1 概述
  某核电厂中压母线电动机配置了ABB生产的SPAM150C综合保护装置,是一种在国内二代改进型核电厂应用非常普遍的数字化多功能电动机保护,其用于接触器和断路器控制交流电动机的场合,具有自诊断功能的监示系统,适用于所有恶劣环境的应用领域,保护装置外壳铝压铸成型,防护等级达IP54,该款具有如下功能:三相热过载保护、启动监视单元热应力保护(堵转保护)、三相定时限过流保护、定时限接地故障保护、相序或相不平衡保护、定时限低电流保护、累积启动计数和重启动闭锁功能等。2014年,邻厂发生电动机损坏事件,经故障排查,排除过流、接地、过负荷等原因,SPAM150C与国产保护相比,没有引入电流负序分量,使得所产生的发热量不能完全反映电动机实际发热水平,导致电机损坏的原因是热容量相关保护设置不合理;经验反馈到本厂后,有必要开展电动机热保护配合合理性的技术分析和论证,以免再次发生此类事件。

 

2 电动机热保护配置现状
  由于不同阶段侧重点不同,相应的设备运维策略也在变化。在调整试验阶段,由于机组尚未带核运行,其定值设置更倾向于保护中压电动机设备本身;随着投产后的一两年间,因电动机保护定值不合理设置,造成相关设备运行过程中跳闸,甚至邻厂发生的电动机烧毁事件,严重影响设备可用性及功能实现,对电厂安全构成威胁,相关电动机保护的设置思路应从保护电机变更为保护系统,如此技术改造的需求提上议事日程。
  电动机保护中,涉及热保护的主要有热过载、启动监视单元。任何一台电动机在启动过程中均会发热,但对于其在启动过程产生的热量θ为其允许热量的多少,一般无法精确计算。电动机的生产厂家一般会标注该型电机允许热态启动次数、冷态启动次数(一定时间内)。在对电机的热过载保护进行整定时,一般采取保守原则,热态启动按照一次,冷态启动按照两次(一定时间内),整定电动机的启动时间累加单元闭锁值∑tsi[s]、启动时间累加单元递减率△∑ts[s/h]。在SPAM150C保护装置上的热容量闭锁启动值θi,则是根据电动机的启动时间ts和安全失速时间设定值t6x[s]得出的,由1-ts/t6x确定。
  过载保护是一种用于电动机在不同条件下的充分热保护构成,它的稳态值取决于负载电流的平方值,由两种继电器设定值整定,Iθ和t6x,Iθ是满负荷电流,t6x则是指在冷态电动机在以6倍满负荷电流启动时,热元件的动作时间。正常情况下,只要电动机的运行电流在Iθ值以下,该保护不会动作,假若电动机的运行电流值超过Iθ值5%,电动机的热容量在经过一段时间积累后,保护会动作于跳闸。动作时间长短则取决于当前的电动机负载电流及Iθ值和失速时间t6x。因此热过载保护是一种较为可靠,也较全的保护。该厂3、4号机组自调试以来,中压电动机保护有过三次设置,一次根据设计院提供的初版定值进行了设置,通过在电动机调试过程中进行验证,部分定值因配合问题不适用,进行了改正;另一次,在机组调试结束前夕,于2011年做出如下修改:
一是APD、ATE、CRF、DVN电机设置热保护限制和启动次数限制,冷态能启动3次,热态能启动2次;
二是RCP电机设置热保护限制和启动次数限制,保持原限定值;
三是LHA/B应急母线上的电动机不设置启动禁止保护功能(具体实施方法为:不设置热保护限制,将热容量闭锁启动值t6x、1i设置为大,将启动次数限制定值∑tsi、△∑ts调到大);
四是对于主泵及其他未设置热保护限值及启动次数限制的电机,将根据运行规程做出相关限制要求(即不仅考虑电气因素,需综合综合机组状态和要求)。即此次技改后,对于未设置热过载保护与禁止再启动热量值保护的电机而言,电机配置的保护也仅限于热应力与过流速断保护及相不平衡保护等。在电机启动电流与启动时间不超出热应力保护范围情况下,可以无限制启动;在电机负荷对称,但又没有达到热应力及速断保护范围时,电机可以长期运转(如过负荷等)。
  3、4号机组设置热过载保护的中压电机情况为:(1)未设置的13类,APA、CEX、SRI、SAP、SEC、JPP、EAS、RCV、RRA、RRI、ASG、RIS、DEG;(2)已设置的5类,APD、ATE、CRF、DVN、RCP。

 

3 外部热保护配置咨询、调研
  通过函询设计院,得到答复:在我国现行相关保护规范中,未明确设备、系统安全之间的主次之分,建议根据电机厂家参数进行设置。同时对其他电厂进行调研,某300MW电厂配置有启动监视、堵转;某750MW电厂配置有热过载、堵转,未设置启动次数限制;某900MW电厂设置热过载保护,其启动闭锁值设定为大,即要求在热量允许范围内可以启动尽可能多的次数,启动时间累加功能定值均设置为大。综上,标准规范中未明确,且各厂保护设置不尽相同。通过按照电机厂家建议和自身参数进行设置,把握好热过载和热应力保护的配合,在热限值内启动尽可能多的次数将有助于提升系统安全水平。

 

4 技改方案讨论和确定

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图1 APA制造厂家热过载曲线


  通过组织讨论,明确整定原则为:结合现场电机运行实际,严格设置满载电流设定值Iθ、安全失速时间设定值t6x、启动电流Is、启动时间ts;将热容量闭锁启动值θi调到大。即在热容量允许范围内启动尽量多的次数。以APA电机为例,其参数为:额定电流845A,CT变比1000/1A,启动电流5.5IN,启动时间为6.8s。允许的持续负荷取决于Iθ,按照1.05倍电机额定运行电流值IN计算此设定值:Iθ=1.05*845*1/1000=0.89A,故保护装置中的Iθ整定为0.89。
  根据厂家资料,电机的启动电流值为电机额定运行电流的5.5倍,通过计算得出电机的启动电流值Is为:Is=5.5IN=5.5*845*1/1000=4.7A,根据厂家资料,电机的启动时间ts=6.8s,整定为7s。根据现场实际情况,3、4号机组APA电机的启动电流为5.5A,启动时间为5s(保护装置精度有限,分辨率为1s)。如果按照计算定值,Is整定为4.7,ts整定为7,按照现场实际启动电流,在发生电机堵转的情况下,启动监视保护将会在5.1秒动作出口跳闸,计算定值不满足所有运行工况,现将Is定值放大,目前保护设定值为5.57,故保持现定值不变,确定Is=5.57A。由对应的电动机热态条件下的过负荷时间/电流特性曲线,及保护装置热保护的特性曲线选定整定值t6x,查找对应的热态曲线,整定t6x=14。热容量θi[%]取大,为80%,则每次启动积累热量为:7÷14=50%,处于临界点,从保护设备的稳妥角度出发,将ts修改为8s定值整定后见表1。

 

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表1

  其他定值计算不再赘述。本次技改定值变更涉及该厂3/4号机总计29个电动机保护。提请公司技术委员会审批通过,计划在大修中逐步实施。

 

5.安科瑞智能电动机保护器介绍
5.1产品介绍

  智能电动机保护器(以下简称保护器),采用单片机技术,具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护,并设有SOE故障事件记录功能,方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口,DC4-20mA模拟量输出,方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。


5.2技术参数
5.2.1数字式电动机保护器

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5.2.2模块式电动机保护器

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5.3产品选型

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说明:“√"表示具备,“■"表示可选。

 

6 结束语
  根据工作窗口,分批开展热保护定值修改,重新配置了相关电机的热过载保护、启动监视单元定值。相关电动机自此后已运行几个大修循环,未出现因为热保护定值配置不当导致不可用的事件发生,当前的运行业绩标明,在国家规范和吧标准尚未明确系统和设备谁的优先级更高的前提下,根据电动机参数,进行保护定值的整定和配置,将是兼顾两者的良好选择。后续将继续做好电动机电气参数的实时监测,确保中压电动机长期安全稳定运行。

 

参考文献
[1]电动机厂家技术文件[Z].
[2]张黎.核电厂中压电动机保护定值的技术改造
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版


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