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    淺談三相異步電動機過負荷保護的配置及定值設置分析

    時間:2021-08-23 點擊次數:45

       侯文莉

    安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

     

       摘要:以電動機過負荷保護動作造成機組停運事件為例,分析現場普遍存在的電動機過負荷保護偏重保護電動機安全,未充分釋放電動機過負荷能力,對系統造成的危害。研究電動機過負荷保護配置及過負荷保護定值設置,提出改進建議及有效措施,在保證電動機安全的基礎上,防止重要電動機過早切除導致經濟損失。

     

       關鍵詞:電動機;過負荷;保護配置及定值設置

     

       1三相異步電動機定子繞組過負荷的原因及危害

    導致三相異步電動機定子繞組過負荷的原因是多方面的:一是電動機實際負載增加,如過度加載導致電動機超額定電流運行,或軸承損壞等設備異常導致負載增加;二是電源異常導致電動機超額定電流運行,電壓、頻率降低等。長時間的定子繞組過負荷,主要的危害是導致定子繞組線圈過熱、絕緣受損、電動機損壞。定子線圈的溫升與過電流倍數及過電流持續時間有關,過電流倍數越大則溫升速率越大,過電流持續時間越長則線圈溫升越高。電動機的過負荷保護定值應根據這一特性設定。

     

       2常規三相異步電動機定子繞組過負荷的保護配置及定值選取 

    GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》及DL/T5153-2014《火力發電廠廠用電設計技術規程》對高壓電動機過負荷保護的配置要求:對于運行過程中易發生過負荷的電動機,保護應根據負荷特性,帶時限動作于信號或跳閘;對于啟動或自啟動困難,需要防止啟動或自啟動時間過長的電動機,保護動作于跳閘。

    目前,針對電動機定子繞組過負荷,微機型電動機綜合保護通常配置長啟動保護、堵轉保護、過負荷保護。其中長啟動保護用于保護電動機啟動困難,或啟動時間過長工況,采用定時限,電流動作定值取1.5-~2.0倍電動機額定電流,動作時間按躲過電動機正常啟動時間整定,動作于跳閘。堵轉保護用于保護電動機運行中堵轉工況,采用定時限,電流動作定值取1.3~2.0倍電動機額定電流,動作時間按躲過電動機啟動或自啟動時間整定,動作于跳閘。過負荷保護定值按躲過電動機額定電流計算,動作時間按躲過啟動時間整定,動作于信號或跳閘。

     

       3定子繞組過負荷保護動作案例分析

      下面介紹3起電動機過負荷保護動作引起的機組非計劃停運事件,事件造成直接、間接經濟損失超過100萬元。

    1)案例1:某600MW火電機組增壓風機過負荷跳閘導致機組非停。2017年2月21日,某600MW火電機組按調度曲線加載負荷。當日9:19,機組負荷達到489.7MW,增壓風機電流為568.2A,指令為86%;當日9:45:41,機組負荷達到500MW,增壓風機電流指令為100%,過負荷保護動作,動作電流為696A,增壓風機跳閘,鍋爐MFT動作。

    (2)案例2:某600MW火電機組凝結水泵變頻器過負荷跳閘導致機組非停。2016年12月17日,某600MW火電機組A凝結水泵變頻器運行,B凝結水泵備用,機組負荷為463.07MW。當日12:30,運行操作A凝結水泵變頻器增負荷;當日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并維持穩定;當日12:33:15,變頻器過載保護動作跳閘,B泵聯啟不成功,機組因凝結水失去而被迫停運。

    (3)案例3:某300MW火電機組引風機跳閘導致機組非停。2013年9月25日,某300MW火電機組電負荷為260.9MW。當日4:28:42,B引風機因軸承溫度高而跳閘,機組RB動作,4A引風機動葉指令由55.4%上升到100%,4A引風機電流由165.2A升高到482,過流保護動作,2臺引風機全停,觸發鍋爐MFT。對案例中電動機過負荷情況、電動機定子線圈溫升情況、電動機過負荷保護定值整定情況進行統計分析,見表1。

                                                        表1 電動機過負荷及定子線圈溫度統計

     案例1、案例2均為電動機加載過程導致電動機過負荷,案例3為B引風機跳閘導致4A引風機過載?,F場所用電動機的絕緣耐熱等級為F級,溫升按B級考核,即電動機的允許溫度為130℃,繞組溫升限值為80K。由表1可知,3臺電動機跳閘時的定子線圈溫度都遠未達到電動機線圈溫度限值。案例中,電動機過負荷保護定值的取值原則均符合DL/T 1502-2016《廠用電繼電保護整定計算導則》的要求,跳閘時電動機的定子線圈溫度均在電動機正常允許范圍內,定子線圈的溫升也在安全范圍內,遠未達到電動機的過負荷能力限值。

     

       4 三相異步電動機定子繞組過負荷的保護配置及定值設置建議  

    現有規程在電動機過負荷保護定值選取中,多考慮保護電動機安全,未充分考慮負荷特性和釋放電動機本身的過負荷能力。為此,應合理設置電動機加載速率,在控制系統中設置適當的限制值,這是防止電動機過流、過載的根本措施。但是,系統需求或系統工況復雜,導致的電動機過負荷情況不一定能完全避免,因此在電動機保護配置及定值計算時,除需考慮軸承損壞導致過負荷等電動機自身原因外,還要考慮系統或負載原因導致的電動機過負荷。系統中某些重要電動機,一旦跳閘將直接導致機組非停,經濟損失巨大,因此針對重要電動機的過負荷保護配置及定值選取,提出以下改進建議。

    4.1應充分考慮電動機負荷特性及在系統中的地位,按二段原則配置電動機過負荷保護  

    應充分考慮電動機負荷特性及其在系統中的地位,重要電動機的過負荷保護按二段配置,一段保護動作于信號,提醒運行人員注意,另一段保護出口跳閘。在保證電動機安全的前提下,盡量放開電動機的過負荷能力,延遲另一段保護出口跳閘的時間,給運行人員爭取

            調整的時間,避免機組非停,減少損失。

    定子繞組過負荷一段保護定值可取1.05倍電動機額定電流,動作時間可適當取短,按躲過電源波動整定,可取3~5s,保護動作于信號。信號應上傳至主控室,提醒運行人員注意并及時做出調整。

    定子繞組過負荷另一斷保護可采用定時限或反時限動作曲線,按躲過定子繞組過負荷能力整定,動作于跳閘。反時限動作曲線貼近電動機定子繞組的過負荷能力,簡單的電動機運行期間過載保護動作模型:

    式中,t為保護動作時間;τ為電動機定子線圈熱容量系數;I*為以電動機額定電流為基準的標幺值;Ksr為散熱系數,可取1.05~1.1。

    動作曲線的啟動門檻可取1.05~1.1倍電動機額定電流,熱容量系數τ的取值應由電動機廠提供,或參照導則,根據電動機的熱限曲線、過負荷能力、允許堵轉電流及時間或啟動電流下的定子溫升進行估算。

    定子繞組過負荷若按定時限保護配置,則保護電流動作值可按1.5~2.2倍電動機額定電流整定,動作時間按躲過電動機廠家提供的電動機過負荷能力整定,保護動作于跳閘。

    4.2 優化電動機過負荷保護邏輯,增設定子繞組溫度輔助判據  

    為保證電動機的安全,可在電流型電動機過負荷保護的基礎上,引入電動機定子線圈的溫度作為輔助判據。當電動機過負荷保護動作,且電動機定子線圈溫度超過限值時,保護出口跳閘。

    4.3配置電動機熱過載保護并合理設置保護定值

    微機電動機綜合保護通常配置電動機熱過載保護。熱過載保護的模型,綜合考慮了電動機正序電流及負序電流對電動機發熱的不同影響,以及電機冷態、熱態、散熱等工況。應根據電動機廠家提供的電動機熱限曲線或過負荷能力,合理設置電動機熱過載保護定值并投入運行,是對電動機過負荷的有效保護手段。

     

    5安科瑞智能電動機保護器介紹

    5.1產品介紹

    智能電動機保護器(以下簡稱保護器),采用單片機技術,具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進行保護,并設有SOE故障事件記錄功能,方便現場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領域。本保護器具有RS485遠程通訊接口,DC4-20mA模擬量輸出,方便與PLC、PC等控制機組成網絡系統。實現電動機運行的遠程監控。

    5.2技術參數

    5.2.1數字式電動機保護器

      5.2.2模塊式電動機保護器

      5.3產品選型

    說明:"表示具備,“"表示可選。

    6結束語

    重要電動機的過負荷保護應充分考慮電動機負荷特性,充分釋放電動機過負荷能力,按躲過電動機過負荷能力整定,不宜太靈敏。電動機的過負荷保護按二段配置,一段發信號,信號應發至主控室提醒運行人員及時調整;另一段動作于跳閘,跳閘段定值按躲過電動機過負荷能力整定。反時限動作曲線貼近電動機定子繞組的過負荷能力,采用反時限動作曲線可為電動機提供合理的保護,同時可將電動機定子繞組溫度作為電動機過負荷的輔助判據,兩者均滿足條件時啟動跳閘。投入并合理設置電動機熱過載保護是保護電動機過負荷的有效手段。

     

    參考文獻

    [1] DL/T 684-2012大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則[S].

    [2] 于愛民,宋 巖.三相異步電動機過負荷保護的配置及定值設置分析

    [3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版

     

     

    作者簡介:侯文莉,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能電網供配電.

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