電動(dòng)機(jī)的反時(shí)限保護(hù)特征在企業(yè)的運(yùn)行分析

孟慶武，車郁

（1.本溪鋼鐵股份有限公司計(jì)控廠，遼寧本溪117000；2.本溪市電視臺，遼寧本溪117000）

電動(dòng)機(jī)的反時(shí)限保護(hù)特征在企業(yè)的運(yùn)行分析

孟慶武1，車郁2

（1.本溪鋼鐵股份有限公司計(jì)控廠，遼寧本溪117000；2.本溪市電視臺，遼寧本溪117000）

論述了電機(jī)的反時(shí)限保護(hù)在企業(yè)的運(yùn)行特征，并針對本鋼應(yīng)用的電磁型GL反時(shí)限繼電器存在的問題進(jìn)行剖析，并詳細(xì)介紹了目前廣泛應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)的微機(jī)型綜合保護(hù)裝置，并以國內(nèi)兩個(gè)系列產(chǎn)品作為例子進(jìn)行分析論述，闡明了微機(jī)型綜合保護(hù)裝置在企業(yè)實(shí)際工況中的應(yīng)用和注意的問題。

反時(shí)限；保護(hù)；綜合保護(hù)裝置；電動(dòng)機(jī)

1 引言

本鋼供電系統(tǒng)近年來的改造與新建項(xiàng)目，對電機(jī)的保護(hù)廣泛采用了綜合保護(hù)裝置，與傳統(tǒng)的GL型繼電器相比，其反映故障更靈敏，且可視化，可以監(jiān)測電機(jī)啟動(dòng)與運(yùn)行時(shí)的電流與電壓，所以更可靠地實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的故障判斷與分析。

2 定時(shí)限與反時(shí)限過流保護(hù)的原理

定時(shí)限過電流保護(hù)一般作為主保護(hù)的后備保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)限是固定的，與短路電流大小無關(guān)。為了滿足保護(hù)選擇性的要求，保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間是從用戶到電源逐級增加，越靠近電源，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越長。保護(hù)特性的形狀像一個(gè)階梯，故亦稱為梯形時(shí)限特性。

反時(shí)限過電流保護(hù)是指動(dòng)作時(shí)間隨短路電流的增大而自動(dòng)減小的保護(hù)。使用在輸電線路上的反時(shí)限過電流保護(hù)，能更快地切除被保護(hù)線路首端的故障。反時(shí)限特性：流過熔斷器的電流越大，熔斷時(shí)間越短。反時(shí)限就是保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間與通過繼電器的電流(或故障電流)大小成反比關(guān)系。

由于反時(shí)限過流保護(hù)的動(dòng)作電流隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，與電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷曲線（過熱曲線）非常一致，一般要求過負(fù)荷裝置的時(shí)限特性最好是與電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷特性一致，并比它稍低一些，按照這一要求，6～10 kV電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)裝置一般采用有反時(shí)限特性的過電流繼電器。

3 傳統(tǒng)的GL型繼電器

3.1 GL型反時(shí)限過電流繼電器的特性

最初在電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)中廣泛采用的是GL型繼電器，一般為GL-10（20）型反時(shí)限過流繼電器，這種型號的繼電器由感應(yīng)型反時(shí)限元件和電磁型速斷元件兩部分組成。感應(yīng)型的電流繼電器的動(dòng)作時(shí)間隨電流增大而減小的特性稱作反時(shí)限特性，當(dāng)電流增大到某一數(shù)值時(shí)，磁路飽和，電磁轉(zhuǎn)矩不再增加，動(dòng)作時(shí)間保持恒定，此即定時(shí)限特性。GL-10系列繼電器的感應(yīng)元件的定時(shí)限部分約在大于10倍動(dòng)作電流時(shí)出現(xiàn)。繼電器的動(dòng)作電流可用改變電流整定插孔的位置來整定。動(dòng)作時(shí)間的曲線整定則由改變時(shí)間整定把手來整定。電磁型速斷元件的整定利用整定旋鈕改變銜鐵右端與電磁鐵之間的間隙，可以改變速斷元件的動(dòng)作電流，此間隙越小，速斷元件的動(dòng)作電流越小，其范圍可達(dá)感應(yīng)元件動(dòng)作電流的2～8倍。

3.2 GL型反時(shí)限過電流繼電器的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：所用繼電器數(shù)量大為減少，一種GL型電流繼電器就基本上能取代定時(shí)限過流保護(hù)的電流繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器和信號繼電器等一系列繼電器，因此投資少、接線簡單，而且可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電流速斷保護(hù)。由于GL型繼電器的觸點(diǎn)容量大，所以可直接接通跳閘線圈，且適合交流操作。

缺點(diǎn)：動(dòng)作時(shí)間整定比較復(fù)雜，繼電器動(dòng)作誤差較大，當(dāng)短路電流較小時(shí)，其動(dòng)作時(shí)間可能相當(dāng)長，延長了故障持續(xù)時(shí)間。

在目前本鋼發(fā)電廠三電車間還在采用GL型繼電器作為11臺爐電機(jī)的保護(hù)，但在實(shí)際應(yīng)用中常出現(xiàn)燒接點(diǎn)，且在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)常常起不來，為保證其正常啟動(dòng)，有的已無法整定。

供水廠三水源變電所的電機(jī)保護(hù)屏（采用的是GL-10系列產(chǎn)品）就設(shè)定在水泵電機(jī)的附近，GL型繼電器受震動(dòng)后誤動(dòng)，造成電機(jī)啟動(dòng)時(shí)無法正常啟動(dòng)。

針對上述存在問題，目前本鋼各在線廠礦在新建及改造項(xiàng)目時(shí)采用了綜合保護(hù)裝置作為了電機(jī)的主后備保護(hù)，在實(shí)際運(yùn)行中，綜合保護(hù)裝置確實(shí)體現(xiàn)出優(yōu)越性。

4 綜合保護(hù)裝置反時(shí)限的保護(hù)原理

4.1 綜合保護(hù)裝置反時(shí)限保護(hù)的原理

目前本鋼各廠礦采用的電機(jī)保護(hù)裝置主要有DCAP-3010、3011及DEP-595N、DEP-850N及西門子的7UM62等，按其采用的基本原理可分為三種反時(shí)限方式，即：一般反時(shí)限，非常反時(shí)限，極端反時(shí)限。各個(gè)廠家在其計(jì)算方法上有所區(qū)別，以國內(nèi)廠家進(jìn)行比較和分析。

DCAP-3000系列的一般反時(shí)限原理：

式中，F(xiàn)S——反時(shí)限系數(shù)；

I——主回路二次電流；

Ip——反時(shí)限保護(hù)啟動(dòng)電流；

t——?jiǎng)幼鲿r(shí)間。

DEP系列反時(shí)限保護(hù)（過流3段）依然分為三類：

式中，TP——時(shí)限定值；

I——?jiǎng)幼髁浚▽?yīng)過流3段，I為最大相電流）；

Ip——?jiǎng)幼鞫ㄖ担▽?yīng)過流3段，Ip為過流三段定值）。

從其判別公式來看，其基本原理是相同的，主要利用整定反時(shí)限的啟動(dòng)電流與反時(shí)限的曲線系數(shù)來確定某一條反時(shí)限的曲線。由于反時(shí)限特性和反時(shí)限參數(shù)可設(shè)置，可組成無數(shù)個(gè)反時(shí)限曲線簇供用戶選擇，適用范圍廣，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行曲線選擇合適的反時(shí)限特性曲線。

4.2 兩種綜合保護(hù)裝置反時(shí)限保護(hù)的區(qū)別

DEP-595N及DEP-820保護(hù)裝置的反時(shí)限保護(hù)曲線只能設(shè)定一條，也就是說在設(shè)定時(shí)要求整定人員需綜合考慮電機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行兩種情況，同時(shí)需根據(jù)電機(jī)的負(fù)荷情況，根據(jù)電機(jī)是風(fēng)機(jī)類、球磨類、水泵類、空壓機(jī)類以及是否帶載啟動(dòng)方式來綜合考慮。

DCAP-3010、DCAP-3010A保護(hù)裝置的反時(shí)限保護(hù)可以設(shè)定啟動(dòng)前與啟動(dòng)后兩條曲線，啟動(dòng)前與啟動(dòng)后根據(jù)判斷斷路器的開關(guān)位置，用啟動(dòng)時(shí)間劃分啟動(dòng)與運(yùn)行，在實(shí)際應(yīng)用中這種設(shè)計(jì)思維為整定人員的設(shè)定定值提供了方便，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)本身啟動(dòng)與運(yùn)行情況的全方位保護(hù)。

4.3 反時(shí)限保護(hù)裝置的整定舉例

4.3.1 DCAP-3010A保護(hù)裝置

供水廠三連鑄水處理變電所的轉(zhuǎn)爐氧槍供水采用的是紫光DCAP-3010A，水泵為560 kW的籠型電機(jī)，其額定電流為40.4 A，其回路的電流互感器的變比為100/5，在考慮其過負(fù)荷保護(hù)時(shí)，整定時(shí)考慮采用其極端反時(shí)限曲線，因?yàn)闃O端反時(shí)限的保護(hù)整定原理與能更好地與配電系統(tǒng)或工業(yè)供電系統(tǒng)的熔斷器配合，尤其適合電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷特性。

DCAP-3010A裝置在反時(shí)限保護(hù)設(shè)定時(shí)需要電機(jī)的額定電流，同時(shí)整定兩條曲線，即反時(shí)限啟動(dòng)前曲線和反時(shí)限啟動(dòng)后曲線，同時(shí)根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行和啟動(dòng)工況設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間，反時(shí)限保護(hù)根據(jù)裝置的實(shí)際設(shè)定在過流3段保護(hù)，曲線分為0代表是極端反時(shí)限，1代表非常反時(shí)限，2代表一般反時(shí)限。

根據(jù)560 kW電機(jī)的實(shí)際參數(shù)設(shè)定了啟動(dòng)前曲線與啟動(dòng)后曲線的系數(shù)為50，啟動(dòng)前電流設(shè)定在2.2Ie，啟動(dòng)后電流設(shè)定在1.1Ie，根據(jù)反時(shí)限曲線的極端反時(shí)限原理公式，計(jì)算出在啟動(dòng)后正常運(yùn)行時(shí)2.5Ie時(shí)t=12 s＜15 s。啟動(dòng)時(shí)的6Ie時(shí)，t=7.8 s，在實(shí)際水泵電機(jī)的運(yùn)行及啟動(dòng)過程中，此種設(shè)定滿足其要求，且起到了很好的保護(hù)作用。

4.3.2 DEP-595N保護(hù)裝置

二鐵新料場二期解凍庫引風(fēng)機(jī)4臺，電機(jī)容量均為315 kW，額定電流23.5 A，整定值如下所示：

整定過流三段：電流2.6 A 1.1Ie

整定時(shí)間：TP=6

最初由于電機(jī)啟動(dòng)電流整定為1.1×2.27=2.5考慮TP=4

4臺電機(jī)均未啟動(dòng)起來，根據(jù)保護(hù)裝置報(bào)文顯示：

1#電機(jī)動(dòng)作報(bào)文：5：26：.49.732

5：26：.58.757

動(dòng)作電流為14.25 A，動(dòng)作時(shí)間為9.025 s。

其余電機(jī)均差不多時(shí)間，電流最大為14.66 A即6.24Ie將TS改為5后，

1#電機(jī)動(dòng)作報(bào)文：06.18.494

06.0 7.228

此時(shí)動(dòng)作電流為14.04 A；動(dòng)作時(shí)間為11.26 s，電機(jī)仍未啟動(dòng)起來。

將TS改為6后，過流三段定值按照名牌上的額定電流改為2.35 A×1.1=2.59 A，取2.6 A。

1#、2#、4#一次啟動(dòng)成功，但3#未成功，后問及是否風(fēng)門未關(guān)嚴(yán)，操作工人稱是，后將風(fēng)門關(guān)緊后一次啟動(dòng)成功。

根據(jù)上述堆取料機(jī)啟動(dòng)時(shí)的報(bào)文及動(dòng)作情況，DEP-595N保護(hù)裝置的反時(shí)限保護(hù)功能是只可以設(shè)定一條曲線，故在整定時(shí)必須兼顧啟動(dòng)與運(yùn)行，但實(shí)際情況是，有些電機(jī)的運(yùn)行工況不是理想的，如風(fēng)機(jī)的風(fēng)門關(guān)不嚴(yán)，取料機(jī)的負(fù)荷在冬天時(shí)負(fù)載重等，故給啟動(dòng)和整定帶來了很大阻礙。就此問題也曾與廠家進(jìn)行了探討，希望能對反時(shí)限保護(hù)的啟動(dòng)和運(yùn)行曲線進(jìn)行區(qū)分。目前DEP-859保護(hù)裝置的過流3段（即反時(shí)限保護(hù)）設(shè)定時(shí)增加了最長啟動(dòng)允許時(shí)間的判據(jù)，在最長啟動(dòng)允許時(shí)間內(nèi)，過流3段保護(hù)不參加運(yùn)行啟動(dòng)，在超過啟動(dòng)時(shí)間后，過流3段保護(hù)啟動(dòng)運(yùn)行。這種設(shè)計(jì)，利用啟動(dòng)時(shí)間避開了啟動(dòng)時(shí)的大電流，在啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)有故障利用過流1段的瞬動(dòng)保護(hù)將故障切除，而過流3段的定值也可以只考慮運(yùn)行時(shí)的電機(jī)過載情況。

5 總結(jié)

電機(jī)的保護(hù)廣泛采用綜合保護(hù)裝置，綜合保護(hù)裝置是智能的，能夠?qū)收线M(jìn)行自診斷，且易于發(fā)現(xiàn)隱患，如可以在線監(jiān)測運(yùn)行設(shè)備的電流電壓等參數(shù)，同時(shí)維護(hù)調(diào)試也方便，將來隨著設(shè)備的不斷改造，會對所有的設(shè)備采用綜合保護(hù)裝置，提高供電可靠性。

[1]丁書文，黃訓(xùn)成，胡起宙.變電站綜合自動(dòng)化原理及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2001.1-8.

[2]高有權(quán)，張杰.工業(yè)企業(yè)繼電保護(hù)[M].北京：水利電力出版社，1984.242-244.

The Operation Characteristic of M otor Reverse-tim e Protection in Steel Enterprises

MENG Qingwu1，CHE Yu2
(1.MeasurementControlPlantofBenxiIron&SteelCo.,Ltd.;2.BenxiTVStation,Benxi,Liaoning117000,China)

The operation characteristics of motor inverse-time protection in steel enterprises were discussed.Application problems of the existing electromagnetic GL inverse-time relays in Benxi Steel were analyzed.Computerized comprehensive protection device for motor currently widely used were introduced in detail;and attention points in application of the computerized comprehensive protection device under the actual operation conditions of steel companies were presented,taking two types of domestically made protection devices as examples.

inverse time;protection;comprehensive protection device;electric motor

TM77

B

1006-6764(2014)12-0009-02

2014－06－18

孟慶武（1975－），男，1998年畢業(yè)于遼寧大學(xué)物理系，電氣工程師，現(xiàn)從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作。