侯文莉
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：以電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作造成機(jī)組停運(yùn)事件為例，分析現(xiàn)場(chǎng)普遍存在的電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)偏重保護(hù)電動(dòng)機(jī)安全，未充分釋放電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷能力，對(duì)系統(tǒng)造成的危害。研究電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)配置及過負(fù)荷保護(hù)定值設(shè)置，提出改進(jìn)建議及有效措施，在保證電動(dòng)機(jī)安全的基礎(chǔ)上，防止重要電動(dòng)機(jī)過早切除導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；過負(fù)荷；保護(hù)配置及定值設(shè)置
1三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組過負(fù)荷的原因及危害
導(dǎo)致三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組過負(fù)荷的原因是多方面的：一是電動(dòng)機(jī)實(shí)際負(fù)載增加，如過度加載導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)超額定電流運(yùn)行，或軸承損壞等設(shè)備異常導(dǎo)致負(fù)載增加；二是電源異常導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)超額定電流運(yùn)行，電壓、頻率降低等。長(zhǎng)時(shí)間的定子繞組過負(fù)荷，主要的危害是導(dǎo)致定子繞組線圈過熱、絕緣受損、電動(dòng)機(jī)損壞。定子線圈的溫升與過電流倍數(shù)及過電流持續(xù)時(shí)間有關(guān)，過電流倍數(shù)越大則溫升速率越大，過電流持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)則線圈溫升越高。電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)定值應(yīng)根據(jù)這一特性設(shè)定。
2常規(guī)三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組過負(fù)荷的保護(hù)配置及定值選取
GB/T14285-2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》及DL/T5153-2014《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)的配置要求：對(duì)于運(yùn)行過程中易發(fā)生過負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)，保護(hù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特性，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)或跳閘；對(duì)于啟動(dòng)或自啟動(dòng)困難，需要防止啟動(dòng)或自啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)的電動(dòng)機(jī)，保護(hù)動(dòng)作于跳閘。
目前，針對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組過負(fù)荷，微機(jī)型電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)通常配置長(zhǎng)啟動(dòng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)。其中長(zhǎng)啟動(dòng)保護(hù)用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，或啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)工況，采用定時(shí)限，電流動(dòng)作定值取1.5-~2.0倍電動(dòng)機(jī)額定電流，動(dòng)作時(shí)間按躲過電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)間整定，動(dòng)作于跳閘。堵轉(zhuǎn)保護(hù)用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中堵轉(zhuǎn)工況，采用定時(shí)限，電流動(dòng)作定值取1.3~2.0倍電動(dòng)機(jī)額定電流，動(dòng)作時(shí)間按躲過電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或自啟動(dòng)時(shí)間整定，動(dòng)作于跳閘。過負(fù)荷保護(hù)定值按躲過電動(dòng)機(jī)額定電流計(jì)算，動(dòng)作時(shí)間按躲過啟動(dòng)時(shí)間整定，動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。
3定子繞組過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作案例分析
下面介紹3起電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作引起的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)事件，事件造成直接、間接經(jīng)濟(jì)損失超過100萬(wàn)元。
（1）案例1：某600MW火電機(jī)組增壓風(fēng)機(jī)過負(fù)荷跳閘導(dǎo)致機(jī)組非停。2017年2月21日，某600MW火電機(jī)組按調(diào)度曲線加載負(fù)荷。當(dāng)日9：19，機(jī)組負(fù)荷達(dá)到489.7MW，增壓風(fēng)機(jī)電流為568.2A，指令為86%；當(dāng)日9：45:41，機(jī)組負(fù)荷達(dá)到500MW，增壓風(fēng)機(jī)電流指令為100%，過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流為696A，增壓風(fēng)機(jī)跳閘，鍋爐MFT動(dòng)作。
（2）案例2：某600MW火電機(jī)組凝結(jié)水泵變頻器過負(fù)荷跳閘導(dǎo)致機(jī)組非停。2016年12月17日，某600MW火電機(jī)組Ａ凝結(jié)水泵變頻器運(yùn)行，B凝結(jié)水泵備用，機(jī)組負(fù)荷為463.07MW。當(dāng)日12：30，運(yùn)行操作Ａ凝結(jié)水泵變頻器增負(fù)荷；當(dāng)日12:31:11，變頻器輸出指令為93.41%，輸出電流為178.23Ａ，21ｓ后，變頻器輸出指令為99.71%，輸出電流為207.22AＡ并維持穩(wěn)定；當(dāng)日12:33:15，變頻器過載保護(hù)動(dòng)作跳閘，Ｂ泵聯(lián)啟不成功，機(jī)組因凝結(jié)水失去而被迫停運(yùn)。
（3）案例3：某300MW火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)跳閘導(dǎo)致機(jī)組非停。2013年9月25日，某300MW火電機(jī)組電負(fù)荷為260.9MW。當(dāng)日4:28:42，Ｂ引風(fēng)機(jī)因軸承溫度高而跳閘，機(jī)組ＲＢ動(dòng)作，4A引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令由55.4%上升到100%，４Ａ引風(fēng)機(jī)電流由165.2A升高到482，過流保護(hù)動(dòng)作，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)全停，觸發(fā)鍋爐ＭＦＴ。對(duì)案例中電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷情況、電動(dòng)機(jī)定子線圈溫升情況、電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)定值整定情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見表1。
表１ 電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷及定子線圈溫度統(tǒng)計(jì)
案例1、案例2均為電動(dòng)機(jī)加載過程導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷，案例3為B引風(fēng)機(jī)跳閘導(dǎo)致4A引風(fēng)機(jī)過載。現(xiàn)場(chǎng)所用電動(dòng)機(jī)的絕緣耐熱等級(jí)為F級(jí)，溫升按B級(jí)考核，即電動(dòng)機(jī)的允許溫度為130℃，繞組溫升限值為80K。由表1可知，3臺(tái)電動(dòng)機(jī)跳閘時(shí)的定子線圈溫度都遠(yuǎn)未達(dá)到電動(dòng)機(jī)線圈溫度限值。案例中，電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)定值的取值原則均符合DL/T 1502-2016《廠用電繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》的要求，跳閘時(shí)電動(dòng)機(jī)的定子線圈溫度均在電動(dòng)機(jī)正常允許范圍內(nèi)，定子線圈的溫升也在安全范圍內(nèi)，遠(yuǎn)未達(dá)到電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷能力限值。
4 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組過負(fù)荷的保護(hù)配置及定值設(shè)置建議
現(xiàn)有規(guī)程在電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)定值選取中，多考慮保護(hù)電動(dòng)機(jī)安全，未充分考慮負(fù)荷特性和釋放電動(dòng)機(jī)本身的過負(fù)荷能力。為此，應(yīng)合理設(shè)置電動(dòng)機(jī)加載速率，在控制系統(tǒng)中設(shè)置適當(dāng)?shù)南拗浦?，這是防止電動(dòng)機(jī)過流、過載的根本措施。但是，系統(tǒng)需求或系統(tǒng)工況復(fù)雜，導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷情況不一定能*避免，因此在電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置及定值計(jì)算時(shí)，除需考慮軸承損壞導(dǎo)致過負(fù)荷等電動(dòng)機(jī)自身原因外，還要考慮系統(tǒng)或負(fù)載原因?qū)е碌碾妱?dòng)機(jī)過負(fù)荷。系統(tǒng)中某些重要電動(dòng)機(jī)，一旦跳閘將直接導(dǎo)致機(jī)組非停，經(jīng)濟(jì)損失巨大，因此針對(duì)重要電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)配置及定值選取，提出以下改進(jìn)建議。
4.1應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性及在系統(tǒng)中的地位，按二段原則配置電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)
應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性及其在系統(tǒng)中的地位，重要電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)按二段配置，一段保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，提醒運(yùn)行人員注意，另一段保護(hù)出口跳閘。在保證電動(dòng)機(jī)安全的前提下，盡量放開電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷能力，延遲另一段保護(hù)出口跳閘的時(shí)間，給運(yùn)行人員爭(zhēng)取
調(diào)整的時(shí)間，避免機(jī)組非停，減少損失。
定子繞組過負(fù)荷一段保護(hù)定值可取1.05倍電動(dòng)機(jī)額定電流，動(dòng)作時(shí)間可適當(dāng)取短，按躲過電源波動(dòng)整定，可取3~5ｓ，保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。信號(hào)應(yīng)上傳至主控室，提醒運(yùn)行人員注意并及時(shí)做出調(diào)整。
定子繞組過負(fù)荷另一斷保護(hù)可采用定時(shí)限或反時(shí)限動(dòng)作曲線，按躲過定子繞組過負(fù)荷能力整定，動(dòng)作于跳閘。反時(shí)限動(dòng)作曲線貼近電動(dòng)機(jī)定子繞組的過負(fù)荷能力，簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間過載保護(hù)動(dòng)作模型：
式中，ｔ為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；τ為電動(dòng)機(jī)定子線圈熱容量系數(shù)；Ｉ*為以電動(dòng)機(jī)額定電流為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值；Ksr為散熱系數(shù)，可取1.05~1.1。
動(dòng)作曲線的啟動(dòng)門檻可取1.05~1.1倍電動(dòng)機(jī)額定電流，熱容量系數(shù)τ的取值應(yīng)由電動(dòng)機(jī)廠提供，或參照導(dǎo)則，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的熱限曲線、過負(fù)荷能力、允許堵轉(zhuǎn)電流及時(shí)間或啟動(dòng)電流下的定子溫升進(jìn)行估算。
定子繞組過負(fù)荷若按定時(shí)限保護(hù)配置，則保護(hù)電流動(dòng)作值可按1.5~2.2倍電動(dòng)機(jī)額定電流整定，動(dòng)作時(shí)間按躲過電動(dòng)機(jī)廠家提供的電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷能力整定，保護(hù)動(dòng)作于跳閘。
4.2 優(yōu)化電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)邏輯，增設(shè)定子繞組溫度輔助判據(jù)
為保證電動(dòng)機(jī)的安全，可在電流型電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)的基礎(chǔ)上，引入電動(dòng)機(jī)定子線圈的溫度作為輔助判據(jù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，且電動(dòng)機(jī)定子線圈溫度超過限值時(shí)，保護(hù)出口跳閘。
4.3配置電動(dòng)機(jī)熱過載保護(hù)并合理設(shè)置保護(hù)定值
微機(jī)電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)通常配置電動(dòng)機(jī)熱過載保護(hù)。熱過載保護(hù)的模型，綜合考慮了電動(dòng)機(jī)正序電流及負(fù)序電流對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的不同影響，以及電機(jī)冷態(tài)、熱態(tài)、散熱等工況。應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)廠家提供的電動(dòng)機(jī)熱限曲線或過負(fù)荷能力，合理設(shè)置電動(dòng)機(jī)熱過載保護(hù)定值并投入運(yùn)行，是對(duì)電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷的有效保護(hù)手段。
5安科瑞智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹
5.1產(chǎn)品介紹
智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器)，采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5.2技術(shù)參數(shù)
5.2.1數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
5.2.2模塊式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器
5.3產(chǎn)品選型
說明：“√"表示具備，“■"表示可選。
6結(jié)束語(yǔ)
重要電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性，充分釋放電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷能力，按躲過電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷能力整定，不宜太靈敏。電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)按二段配置，一段發(fā)信號(hào)，信號(hào)應(yīng)發(fā)至主控室提醒運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整；另一段動(dòng)作于跳閘，跳閘段定值按躲過電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷能力整定。反時(shí)限動(dòng)作曲線貼近電動(dòng)機(jī)定子繞組的過負(fù)荷能力，采用反時(shí)限動(dòng)作曲線可為電動(dòng)機(jī)提供合理的保護(hù)，同時(shí)可將電動(dòng)機(jī)定子繞組溫度作為電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷的輔助判據(jù)，兩者均滿足條件時(shí)啟動(dòng)跳閘。投入并合理設(shè)置電動(dòng)機(jī)熱過載保護(hù)是保護(hù)電動(dòng)機(jī)過負(fù)荷的有效手段。
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作者簡(jiǎn)介：侯文莉，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電.
