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浅谈三相异步电动机过负荷保护的配置及定值设置分析

发布时间: 2021-08-26  点击次数: 67次

孟洋

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

 

   摘要:以电动机过负荷保护动作造成机组停运事件为例,分析现场普遍存在的电动机过负荷保护偏重保护电动机安全,未充分释放电动机过负荷能力,对系统造成的危害。研究电动机过负荷保护配置及过负荷保护定值设置,提出改进建议及有效措施,在保证电动机安全的基础上,防止重要电动机过早切除导致经济损失。

 

   关键词:电动机;过负荷;保护配置及定值设置

 

   1三相异步电动机定子绕组过负荷的原因及危害

导致三相异步电动机定子绕组过负荷的原因是多方面的:一是电动机实际负载增加,如过度加载导致电动机超额定电流运行,或轴承损坏等设备异常导致负载增加;二是电源异常导致电动机超额定电流运行,电压、频率降低等。长时间的定子绕组过负荷,主要的危害是导致定子绕组线圈过热、绝缘受损、电动机损坏。定子线圈的温升与过电流倍数及过电流持续时间有关,过电流倍数越大则温升速率越大,过电流持续时间越长则线圈温升越高。电动机的过负荷保护定值应根据这一特性设定。

 

   2常规三相异步电动机定子绕组过负荷的保护配置及定值选取 

GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》及DL/T5153-2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》对高压电动机过负荷保护的配置要求:对于运行过程中易发生过负荷的电动机,保护应根据负荷特性,带时限动作于信号或跳闸;对于启动或自启动困难,需要防止启动或自启动时间过长的电动机,保护动作于跳闸。

目前,针对电动机定子绕组过负荷,微机型电动机综合保护通常配置长启动保护、堵转保护、过负荷保护。其中长启动保护用于保护电动机启动困难,或启动时间过长工况,采用定时限,电流动作定值取1.5-~2.0倍电动机额定电流,动作时间按躲过电动机正常启动时间整定,动作于跳闸。堵转保护用于保护电动机运行中堵转工况,采用定时限,电流动作定值取1.3~2.0倍电动机额定电流,动作时间按躲过电动机启动或自启动时间整定,动作于跳闸。过负荷保护定值按躲过电动机额定电流计算,动作时间按躲过启动时间整定,动作于信号或跳闸。

 

   3定子绕组过负荷保护动作案例分析

  下面介绍3起电动机过负荷保护动作引起的机组非计划停运事件,事件造成直接、间接经济损失超过100万元。

1)案例1:某600MW火电机组增压风机过负荷跳闸导致机组非停。2017年2月21日,某600MW火电机组按调度曲线加载负荷。当日9:19,机组负荷达到489.7MW,增压风机电流为568.2A,指令为86%;当日9:45:41,机组负荷达到500MW,增压风机电流指令为100%,过负荷保护动作,动作电流为696A,增压风机跳闸,锅炉MFT动作。

(2)案例2:某600MW火电机组凝结水泵变频器过负荷跳闸导致机组非停。2016年12月17日,某600MW火电机组A凝结水泵变频器运行,B凝结水泵备用,机组负荷为463.07MW。当日12:30,运行操作A凝结水泵变频器增负荷;当日12:31:11,变频器输出指令为93.41%,输出电流为178.23A,21s后,变频器输出指令为99.71%,输出电流为207.22AA并维持稳定;当日12:33:15,变频器过载保护动作跳闸,B泵联启不成功,机组因凝结水失去而被迫停运。

(3)案例3:某300MW火电机组引风机跳闸导致机组非停。2013年9月25日,某300MW火电机组电负荷为260.9MW。当日4:28:42,B引风机因轴承温度高而跳闸,机组RB动作,4A引风机动叶指令由55.4%上升到100%,4A引风机电流由165.2A升高到482,过流保护动作,2台引风机全停,触发锅炉MFT。对案例中电动机过负荷情况、电动机定子线圈温升情况、电动机过负荷保护定值整定情况进行统计分析,见表1。

                                                    表1 电动机过负荷及定子线圈温度统计

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 案例1、案例2均为电动机加载过程导致电动机过负荷,案例3为B引风机跳闸导致4A引风机过载。现场所用电动机的绝缘耐热等级为F级,温升按B级考核,即电动机的允许温度为130℃,绕组温升限值为80K。由表1可知,3台电动机跳闸时的定子线圈温度都远未达到电动机线圈温度限值。案例中,电动机过负荷保护定值的取值原则均符合DL/T 1502-2016《厂用电继电保护整定计算导则》的要求,跳闸时电动机的定子线圈温度均在电动机正常允许范围内,定子线圈的温升也在安全范围内,远未达到电动机的过负荷能力限值。

 

   4 三相异步电动机定子绕组过负荷的保护配置及定值设置建议  

现有规程在电动机过负荷保护定值选取中,多考虑保护电动机安全,未充分考虑负荷特性和释放电动机本身的过负荷能力。为此,应合理设置电动机加载速率,在控制系统中设置适当的限制值,这是防止电动机过流、过载的根本措施。但是,系统需求或系统工况复杂,导致的电动机过负荷情况不一定能完全避免,因此在电动机保护配置及定值计算时,除需考虑轴承损坏导致过负荷等电动机自身原因外,还要考虑系统或负载原因导致的电动机过负荷。系统中某些重要电动机,一旦跳闸将直接导致机组非停,经济损失巨大,因此针对重要电动机的过负荷保护配置及定值选取,提出以下改进建议。

4.1应充分考虑电动机负荷特性及在系统中的地位,按二段原则配置电动机过负荷保护  

应充分考虑电动机负荷特性及其在系统中的地位,重要电动机的过负荷保护按二段配置,一段保护动作于信号,提醒运行人员注意,另一段保护出口跳闸。在保证电动机安全的前提下,尽量放开电动机的过负荷能力,延迟另一段保护出口跳闸的时间,给运行人员争取

        调整的时间,避免机组非停,减少损失。

定子绕组过负荷一段保护定值可取1.05倍电动机额定电流,动作时间可适当取短,按躲过电源波动整定,可取3~5s,保护动作于信号。信号应上传至主控室,提醒运行人员注意并及时做出调整。

定子绕组过负荷另一断保护可采用定时限或反时限动作曲线,按躲过定子绕组过负荷能力整定,动作于跳闸。反时限动作曲线贴近电动机定子绕组的过负荷能力,简单的电动机运行期间过载保护动作模型:

image.png

式中,t为保护动作时间;τ为电动机定子线圈热容量系数;I*为以电动机额定电流为基准的标幺值;Ksr为散热系数,可取1.05~1.1。

动作曲线的启动门槛可取1.05~1.1倍电动机额定电流,热容量系数τ的取值应由电动机厂提供,或参照导则,根据电动机的热限曲线、过负荷能力、允许堵转电流及时间或启动电流下的定子温升进行估算。

定子绕组过负荷若按定时限保护配置,则保护电流动作值可按1.5~2.2倍电动机额定电流整定,动作时间按躲过电动机厂家提供的电动机过负荷能力整定,保护动作于跳闸。

4.2 优化电动机过负荷保护逻辑,增设定子绕组温度辅助判据  

为保证电动机的安全,可在电流型电动机过负荷保护的基础上,引入电动机定子线圈的温度作为辅助判据。当电动机过负荷保护动作,且电动机定子线圈温度超过限值时,保护出口跳闸。

4.3配置电动机热过载保护并合理设置保护定值

微机电动机综合保护通常配置电动机热过载保护。热过载保护的模型,综合考虑了电动机正序电流及负序电流对电动机发热的不同影响,以及电机冷态、热态、散热等工况。应根据电动机厂家提供的电动机热限曲线或过负荷能力,合理设置电动机热过载保护定值并投入运行,是对电动机过负荷的有效保护手段。

 

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

image.png

  5.2.2模块式电动机保护器

image.pngimage.png

  5.3产品选型

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说明:"表示具备,“"表示可选。

6结束语

重要电动机的过负荷保护应充分考虑电动机负荷特性,充分释放电动机过负荷能力,按躲过电动机过负荷能力整定,不宜太灵敏。电动机的过负荷保护按二段配置,一段发信号,信号应发至主控室提醒运行人员及时调整;另一段动作于跳闸,跳闸段定值按躲过电动机过负荷能力整定。反时限动作曲线贴近电动机定子绕组的过负荷能力,采用反时限动作曲线可为电动机提供合理的保护,同时可将电动机定子绕组温度作为电动机过负荷的辅助判据,两者均满足条件时启动跳闸。投入并合理设置电动机热过载保护是保护电动机过负荷的有效手段。

 

参考文献

[1] DL/T 684-2012大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].

[2] 于爱民,宋 岩.三相异步电动机过负荷保护的配置及定值设置分析

[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版


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