高壓異步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，為避免電機(jī)因故障造成損壞，繼電保護(hù)是必不可少的。配合在高壓異步電動(dòng)機(jī)上的保護(hù)主要有電流速斷保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、單相接地保護(hù)及低電壓保護(hù)。
1高壓電機(jī)繼電保護(hù)的重要性
工業(yè)上常用的大量的高壓異步電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中可能發(fā)生很多的故障，如不及時(shí)處理，有可能導(dǎo)致電機(jī)燒毀甚至更大的損失，因此繼電保護(hù)裝置一直是高壓電機(jī)的重要部件。本文將目前常用的幾種常見(jiàn)的繼電保護(hù)方式做了歸納與整理。
2高壓電機(jī)繼電保護(hù)的配置
2.1相間短路
1）對(duì)于P≤2000KW的電動(dòng)機(jī)內(nèi)部繞組以及引出線上的相間短路，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)；
2）對(duì)于P≥2000KW的高壓電動(dòng)機(jī)，應(yīng)該裝設(shè)縱差保護(hù)；所有保護(hù)動(dòng)作于跳閘。
2.2易發(fā)生過(guò)負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)
裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，并根據(jù)過(guò)負(fù)荷的性質(zhì)決定動(dòng)作于信號(hào)還是動(dòng)作于跳閘。
2.3單相接地故障
1）當(dāng)單相接地電流大于5A時(shí)，裝設(shè)單相接地保護(hù)；
2）當(dāng)單相接地電流小于5A時(shí)，裝設(shè)絕緣監(jiān)測(cè)裝置；
3）當(dāng)單相接地電流大于10A時(shí)，動(dòng)作于跳閘；
4）當(dāng)單相接地電流小于10A時(shí)，動(dòng)作于跳閘或者信號(hào)；
2.4低電壓保護(hù)
對(duì)于次要的高壓電動(dòng)機(jī)或者不允許自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，裝設(shè)低電壓保護(hù)。
3高壓電機(jī)常見(jiàn)的五種繼電保護(hù)方式
3.1高壓電機(jī)的速斷保護(hù)
1）電動(dòng)機(jī)的速斷保護(hù)裝置應(yīng)配置于電動(dòng)機(jī)定子繞組的相間短路時(shí)，一般用于2000kw以下的高壓電機(jī)。保護(hù)的范圍應(yīng)當(dāng)包括開(kāi)關(guān)和電動(dòng)機(jī)的電纜在內(nèi)。
2）保護(hù)的整定原則，應(yīng)當(dāng)躲過(guò)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最大啟動(dòng)電流整定，即
其中，Iset為保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流；Ik.set為繼電器的動(dòng)作電流；INM為電動(dòng)機(jī)的額定電流；Is.max為電動(dòng)機(jī)的最大啟動(dòng)電流，一般為額定電流的7-10倍；Krel為可靠系數(shù)，采用GL型繼電器時(shí)，取值1.8～2.0，如果采用DL型繼電器，則取值1.4～1.6；Kc為接線系數(shù)，采用兩相不完全星型接線時(shí)，取值1，采用兩相接線時(shí)取值；Ks為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流倍數(shù)；nTA為電流互感器變化。
3.2高壓電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)
由于電流速斷保護(hù)靈敏度低，對(duì)電機(jī)內(nèi)部故障區(qū)分度小，所以對(duì)于容量在2000kw以上的電機(jī)或容量小于2000kw但具有6個(gè)引出線端子的有重要作用的電動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對(duì)容量在5000kw以下的電機(jī)差動(dòng)保護(hù)可采用兩相式接線，DL繼電器；而電機(jī)容量在5000kw以上時(shí)，采用三相式接線。保護(hù)裝置作用于跳閘。其動(dòng)作電流整定要求按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流整定，因?yàn)橐紤]二次回路斷線時(shí)不會(huì)引起誤動(dòng)作。傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)主要采用電磁型差動(dòng)保護(hù)器，由于精度差，靈敏度低，現(xiàn)在多采用新式的微機(jī)型電機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置，較之傳統(tǒng)保護(hù)器具有精度高，功能全的特點(diǎn)。
3.3高壓電機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)
1）長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷運(yùn)行會(huì)使電機(jī)溫度超過(guò)許可值，造成絕緣層老化甚至引起事故。因此對(duì)有可能發(fā)生過(guò)負(fù)荷的電機(jī)，應(yīng)根據(jù)電機(jī)的重要程度和有可能發(fā)生過(guò)負(fù)荷的情況裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)負(fù)荷一般情況下都是對(duì)稱的，因此可以只裝一相。應(yīng)該注意的是，在不停機(jī)不能去除過(guò)負(fù)荷的情況下，或在無(wú)人值班的電動(dòng)機(jī)上，過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)作用于跳閘；對(duì)不停機(jī)可以消除過(guò)負(fù)荷的電機(jī)則可作用于信號(hào)或減負(fù)荷。現(xiàn)在廣泛使用的GL型繼電器是使用一個(gè)反時(shí)限電流繼電器即作相間短路又做過(guò)負(fù)荷保護(hù)，其瞬時(shí)速斷特性作為電機(jī)的電流速斷，反時(shí)限特性則作為過(guò)負(fù)荷保護(hù)【1】。
2）過(guò)負(fù)荷裝置的動(dòng)作電流應(yīng)該按照躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的最大啟動(dòng)電流來(lái)整定【2】，即
其中，Iset為保護(hù)裝置的動(dòng)作電流；IK.set為繼電器的動(dòng)作電流；IN.M為電動(dòng)機(jī)的額定電流；Krel為可靠系數(shù)，當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作與信號(hào)時(shí)，取值1.05～1.1，動(dòng)作于跳閘、自動(dòng)減負(fù)載時(shí)，取值1.2～1.25；Kre為返回系數(shù)，一般對(duì)DL型繼電器取值0.85-0.9，GL型取值0.8；Kc為接線系數(shù)，當(dāng)兩相不完全星型接線時(shí)取值1；兩相電流差接時(shí)取值；nTa為電流互感器變化。對(duì)于GL型繼電器，應(yīng)先整定過(guò)負(fù)荷保護(hù)，在整定速斷保護(hù)。
3.3.3過(guò)負(fù)荷保護(hù)的時(shí)限，要大于電機(jī)帶負(fù)荷起動(dòng)的時(shí)間，一般電機(jī)為：tset=(1.1～1.2)ts。其中，tset是保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間，ts為電動(dòng)機(jī)的實(shí)際起動(dòng)時(shí)間，大多取值15～20秒。
3.4高壓電機(jī)的低電壓保護(hù)
1）裝備低電壓保護(hù)的原則。當(dāng)電源電壓降低時(shí)或中斷后又恢復(fù)時(shí)，為使重要電動(dòng)機(jī)可以自起動(dòng)，應(yīng)該在其它相對(duì)不重要的電機(jī)上裝設(shè)0.5s時(shí)限的低壓保護(hù)，把其從電網(wǎng)中切除；根據(jù)客觀條件和工藝要求，對(duì)電源電壓長(zhǎng)期較低或中斷后不準(zhǔn)許自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，則應(yīng)采用帶9～10s時(shí)限的低電壓保護(hù)，要求可以把其從電網(wǎng)中切除；對(duì)重要且要求自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)不應(yīng)裝設(shè)。
2）裝備低電壓保護(hù)的要求。
①能反應(yīng)對(duì)稱或不對(duì)稱的電壓下降。因?yàn)樵诓粚?duì)稱短路時(shí)，電動(dòng)機(jī)也可能被制動(dòng)，而當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí)，也會(huì)自起動(dòng)。
②當(dāng)電壓互感器一次側(cè)或兩次側(cè)發(fā)生各種斷線時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)誤動(dòng)作，并要發(fā)出斷路信號(hào)。但此時(shí)如果母線確實(shí)失壓或電壓下降到整定值，保護(hù)裝置仍要求能正確動(dòng)作。
③當(dāng)電壓互感器一次隔離開(kāi)關(guān)或隔離觸頭因誤動(dòng)作被斷開(kāi)時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)誤動(dòng)作，并發(fā)出信號(hào)。
④不同動(dòng)作時(shí)間的低電壓元件的動(dòng)作電壓應(yīng)分別整定【3】。當(dāng)電壓降低到額定電壓的60%~70%時(shí)，應(yīng)該先以0.5s延時(shí)切除不重要的電動(dòng)機(jī)，而當(dāng)電壓繼續(xù)降到額定電壓的40%~50%，要求低電壓保護(hù)經(jīng)10s延時(shí)，切斷不允許長(zhǎng)時(shí)間失電后再自起動(dòng)的重要電動(dòng)機(jī)。
3）動(dòng)作電壓及動(dòng)作時(shí)間的整定計(jì)算
①動(dòng)作電壓的整定。對(duì)不允許自啟動(dòng)的異步高壓電動(dòng)機(jī)，其公式為：
對(duì)需要自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，其公式為：
其中，Uset為繼電器的動(dòng)作電壓，UN.L為電網(wǎng)的額定電壓，nTV----電壓互感器變比。
②對(duì)動(dòng)作時(shí)間的整定原則。對(duì)不需要自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，如果上一級(jí)變電所的送出線帶有電抗器，在電抗器后發(fā)生短路時(shí)，因其母線電壓降低較小，所以一般比本級(jí)變電所其余的送出線短路保護(hù)要大一個(gè)時(shí)限級(jí)階差；如果上級(jí)變電所的送出線沒(méi)有電抗器，則一般比上級(jí)變電所送出線短路保護(hù)大一個(gè)時(shí)限級(jí)階差，大多取值0.5-1.5s。當(dāng)然具體取值也要根據(jù)實(shí)際要求確定。
3.5高壓電機(jī)的單相接地保護(hù)
目前高壓電動(dòng)機(jī)的供電線路，多為小接地電流網(wǎng)絡(luò)，在發(fā)生單相接地時(shí)，一般僅有接地電容電流流過(guò)故障點(diǎn)，一般危害較小。只有當(dāng)單相接地電流大于5A時(shí)，方考慮設(shè)置選擇性接地保護(hù)裝置，一般單相接地電流小于10A時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作于信號(hào)，當(dāng)電流大于10A時(shí)，保護(hù)裝置作用于電閘，以切斷電源。接地保護(hù)裝置根據(jù)零序電流保護(hù)裝置原理構(gòu)成，保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)當(dāng)按照大于電動(dòng)機(jī)的電容電流整定。
4結(jié)語(yǔ)
此外，常用的還有堵轉(zhuǎn)保護(hù)、電機(jī)繞組及軸承溫度保護(hù)、軸瓦油壓保護(hù)以及同步電動(dòng)機(jī)的失步保護(hù)、失磁保護(hù)非同步?jīng)_擊保護(hù)等方式。近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，微機(jī)技術(shù)越來(lái)越多的在電力領(lǐng)域得到運(yùn)用，在繼電保護(hù)方面也有了很多新的突破，如過(guò)去沒(méi)有的定子繞組一相匝間短路保護(hù)裝置，現(xiàn)在也可在微機(jī)保護(hù)中通過(guò)負(fù)序電流來(lái)發(fā)現(xiàn)此種故障，很多傳統(tǒng)的保護(hù)方式在靈敏度、精確度及安全性上也都有了提升。
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