王炳國

(勝利石油管理局 電力管理總公司,山東 東營 257000)

國外某油田中壓電動機(jī)保護(hù)配置與整定計算

王炳國

(勝利石油管理局 電力管理總公司,山東 東營 257000)

中壓電動機(jī)作為油氣田負(fù)荷的重要組成部分,在油氣生產(chǎn)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,其保護(hù)配置尤其重要。通過采用對比法,比較國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊與IEEE規(guī)范的異同,確定國外某油田中心處理站11 kV異步電動機(jī)的保護(hù)配置,并在此基礎(chǔ)上采用IEEE規(guī)范完成整定計算,得出中壓電動機(jī)各種保護(hù)的整定值。

中壓電動機(jī);保護(hù)配置;整定計算

作為油氣田常見的負(fù)荷類型,電動機(jī)應(yīng)用于各種場所,中壓電動機(jī)常作為站場的主要負(fù)荷來運(yùn)行,一般為二級及以上負(fù)荷,在進(jìn)行配電設(shè)計及保護(hù)配置時,要重點(diǎn)、區(qū)別對待。國外某油田中心處理站有11 kV電動機(jī)若干臺,最大的電動機(jī)負(fù)荷為壓縮機(jī)用異步電動機(jī),額定功率7 000 kW,兩用一備,采用真空斷路器保護(hù)并配置微機(jī)綜合保護(hù)模塊。筆者以該電動機(jī)為例,系統(tǒng)講述中壓電動機(jī)的保護(hù)配置及整定計算。保護(hù)配置參照《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》第三版[1],《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》GB50062-2008[2]及IEEE Std C37.96 IEEE Guide for AC Motor Protection[3],整定計算采用IEEE Std C37.96推薦的數(shù)值及曲線。

1 保護(hù)配置

1.1 國內(nèi)手冊及規(guī)范要求

根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》第三版[1]表7-21, 2 MW及以上的異步電動機(jī)可能裝設(shè)的保護(hù)有:

(1)差動保護(hù);

(2)過負(fù)荷保護(hù)(生產(chǎn)過程中易發(fā)生過負(fù)荷時,或起動、自起動條件嚴(yán)重時裝設(shè));

(3)單相接地保護(hù)(單相接地電流>5 A時裝設(shè),≥10 A時一般動作于跳閘,5～10 A時可動作于跳閘或信號);

(4)低電壓保護(hù)(根據(jù)需要裝設(shè))。

根據(jù)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》GB/T50062-2008[2]要求:

(1)2 MW及以上的電動機(jī),應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù),并應(yīng)瞬時動作于跳閘;

(2)作為縱聯(lián)差動保護(hù)的后備,宜裝設(shè)過電流保護(hù);

(3)對電動機(jī)單相接地故障,當(dāng)接地電流大于5 A時,應(yīng)裝設(shè)有選擇性的單相接地保護(hù);接地電流為10 A及以上時,保護(hù)裝置應(yīng)動作于跳閘;單相接地電流為10 A及以下時,保護(hù)裝置宜動作于信號;

(4)對電動機(jī)的過負(fù)荷應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù);

(5)對母線電壓短時降低或中斷,應(yīng)裝設(shè)電動機(jī)低電壓保護(hù);

(6)2 MW及以上的重要電動機(jī),可裝設(shè)負(fù)序過流保護(hù),保護(hù)裝置應(yīng)動作于跳閘或信號。

鑒于規(guī)范對保護(hù)的要求比較詳細(xì),本文中僅列出主要內(nèi)容。通過對比手冊和規(guī)范的要求可以看出,規(guī)范的內(nèi)容比手冊要詳盡得多,并且提出了宜裝設(shè)過電流保護(hù)作為縱聯(lián)差動保護(hù)的后備。

1.2 國際規(guī)范要求

IEEE Std C37.96 IEEE Guide for AC Motor Protection[3]對斷路器保護(hù)的異步電動機(jī)保護(hù)配置進(jìn)行了推薦,如圖1所示。

圖1 電機(jī)保護(hù)配置原理圖

綜上所述,IEEE規(guī)范所推薦的保護(hù)配置,涵蓋了設(shè)計手冊和規(guī)范GB50062-2008所有要求,并有所擴(kuò)展。鑒于本文中所提及的中心處理站地處國外,需要遵循國際標(biāo)準(zhǔn),因此對7 000 kW電動機(jī)保護(hù)配置如下:縱聯(lián)差動保護(hù)、速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、單相接地速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、負(fù)序過流保護(hù)、低電壓保護(hù)。對于電動機(jī)本體的定子、轉(zhuǎn)子溫度保護(hù),以及震動檢測等,由電動機(jī)廠家配置完成。

2 整定計算

2.1 輸入數(shù)據(jù)

2.2 整定計算

2.2.1 縱聯(lián)差動保護(hù)

(1)啟動電流。根據(jù)IEEE C37.96-2012啟動電流應(yīng)為10%到 20%的電動機(jī)額定電流,差動保護(hù)電流互感器采用自平衡式,誤差小,因此取啟動電流為10%的電動機(jī)額定電流。計算如下:

Iset=10%IM=10%×423.5 A=42.35 A.

式中，IM為電動機(jī)額定電流,423.5 A。

則繼電器動作值為

式中，nCT為電流互感器變比。

(2)動作時間。動作時間設(shè)為0.1s。

2.2.2 速斷保護(hù)

(1)啟動電流。根據(jù)IEEE C37.96-2012啟動電流可設(shè)為165%～250%的電動機(jī)啟動電流,則有

Iset=180%ILr=180%×6.5×423.5,

A=4 954.95 A，

式中，ILr為電動機(jī)啟動電流，6.5×423.5 A。

繼電器動作值為

(2)靈敏度檢驗。

(3)動作時間。動作時間設(shè)為0 s。

2.2.3 過電流保護(hù)

(1)啟動電流。根據(jù)IEEE C37.96-2012啟動電流可設(shè)為150%～175%的電動機(jī)額定電流,則有

Iset=150%IM=150%×423.5 A=635.3 A，

繼電器動作值為

(2)動作時間。采用IEEE推薦的極端反時限曲線,根據(jù)保護(hù)模塊VAMP本身的公式設(shè)定動作時間,有

式中，Ipickup為電流整定值;A、B、C為IEEE中針對不同繼電器型所選取的常數(shù)，A=28.2,B=0.121 7,C=2。

兩組自我護(hù)理情況比較:在自我護(hù)理技能、自我護(hù)理責(zé)任感、自我護(hù)理能力等方面,觀察組效果要明顯優(yōu)于對照組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表2。

所測量故障電流為

I=ILr=6.5×423.5 A=2 752.8 A,

Ipickup=Iset=653.3 A.

以躲過電動機(jī)啟動電流為準(zhǔn)，將電動機(jī)啟動時間(t=12.5 s)帶入上式，得k=6.94。根據(jù)VAMP保護(hù)配合曲線，k的值取7，從而得到過電流保護(hù)的反時限曲線。根據(jù)反時限曲線，就可以查出不同故障電流下的動作時間。故障電流大時動作時間短，故障電流小時動作時間長。

2.2.4 單相接地速斷保護(hù)

繼電器動作值為

(2)動作時間:動作時間設(shè)為0s。

2.2.5 過負(fù)荷保護(hù)

(1)啟動電流。根據(jù)IEEE C37.96-2012啟動電流可設(shè)為115%～125%的電動機(jī)額定電流,當(dāng)利用系數(shù)為1時,應(yīng)乘以0.9的系數(shù),則有

Iset=0.9×115%IM=0.9×115%×423.5 A=438.3 A，

繼電器動作值為

(2)報警信號動作值設(shè)定為90%;熱態(tài)時間常數(shù),根據(jù)電動機(jī)數(shù)據(jù)表,設(shè)為58 min;冷態(tài)時間常數(shù)系數(shù)采用默認(rèn)值1;40 ℃時允許帶負(fù)荷100%;環(huán)境溫度52 ℃。

2.2.6 負(fù)序過流保護(hù)

(1)啟動電流。根據(jù)IEEE C37.96-2012啟動電流可設(shè)為15%左右的電動機(jī)額定電流,則有

Iset=15%IM=15%×423.5 A=63.5 A，

繼電器動作值為

式中，nCT為電壓互感器變比。

(2)動作時間。動作時間設(shè)為10 s。

2.2.7 低電壓保護(hù)

(1)啟動電壓。根據(jù)IEEE C37.96-2012啟動電壓常設(shè)置為80%的額定電壓,則有

Uset=80%Un=80%×11 kV=8.8 kV,

繼電器動作值為

(2)動作時間。動作時間設(shè)為2 s。

至此整定完畢。

3 結(jié)束語

中壓電動機(jī)是油氣田負(fù)荷的重要組成部分,其保護(hù)配置根據(jù)負(fù)荷功能有所差異,例如用于消防水泵的電動機(jī),不需要配置過負(fù)荷保護(hù)等。國內(nèi)規(guī)范與國際規(guī)范對中壓電動機(jī)的保護(hù)配置規(guī)定大致相同,但國外規(guī)范的配置更直觀、全面。進(jìn)行整定計算時,除了要遵循選定的規(guī)范中的公式外,要與微機(jī)保護(hù)模塊本身的性能相配合。

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊[M].3版.北京:中國電力出版社,2005:294-380.

[2] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB/T50062-2008電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2009:24-27.

[3] IEEE Std C37.96-2012. IEEE guide for AC motor protection [S]. New York: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc, 2012:54- 67.

[責(zé)任編輯] 董大偉

2015-06-13

王炳國(1968—),男,山東壽光人,勝利石油管理局電力管理總公司高級工程師,主要從事國內(nèi)外油氣田地面工程電力專業(yè)規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2015.03.006

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