电动机一起异常运行工况引起的保护配置探讨

电动机一起异常运行工况引起的保护配置探讨

刘震山

天津国能盘山发电有限责任公司  天津市 301900

【摘要】：低压LPC-3531型电动机微机保护测控装置如果只配置电流速断保护，过负荷保护，接地保护，欠压保护，一旦电动机在启动过程中出现过载这一异常工况，就会没有任何保护能够动作，快速切断故障保护电机，应在保护配置中增设长启动保护来保护电机。

【关键词】：长启动保护、速断动作电流高值、启动状态

1 简介

XX公司厂用低压380V系统电动机电源开关微机保护使用的是江苏金智科技股份有限公司生产的LPC-3531型低压电动机综合保护测控装置，现部分电机保护配置有电流速断保护，过负荷保护，接地保护、欠压保护。

2 异常工况案列

一台真空泵进行检修，检修完毕后运行人员进行空载试运，设备运行正常，各参数显示正确，然后进行带载运行，启动后电机瞬时暂态峰值电流升至411A后，没有下降，持续保持一段时间后，运行人员手动分闸。2分钟后，运行人员再次进行带载运行，启动后电机瞬时暂态峰值电流再次升至411A后，没有下降，持续保持更长一段时间后，真空泵电源开关跳闸。电源开关跳闸后,DCS系统发“事故跳闸”信号，运行人员检查电机，发现电机本体有发热现象，查看就地电源开关保护装置，保护装置无动作报警异常信号，只显示“电机启动失败”信息。

运行人员随即联系检修相关专业，进行检查。机务、电气一次、热控及电气二次专业分别对自己所辖设备进行检查，没有发现异常。

3 故障分析

从热控专业调取DCS系统信息，内容如图1。

图1、DCS系统信息

收集保护装置内部报告，内容如图2。

图2、保护装置报告内容

综合DCS系统信息和保护装置报告内容，可以知道该设备从运行人员触发指令和保护装置接受指令及给运行人员反馈指令，都是一一对应的，并且电气二次专业人员对该保护装置进行补充校验，显示正确，这就可以排除微机保护装置发生故障的可能性。

最后，通过各专业对所辖设备依次排查，发现启动电流大的原因是由于运行人员在真空泵中加入过量的水，导致电机过载启动。

4 保护配置分析

原因虽然查明，但是该异常运行工况下，为什么没有保护动作，或者发出报警信号？

从电流变化分析，当电动机直接启动后，电动机端电流开始突升，最大可升至电动机额定电流的6-8倍，再回落至电动机正常工作电流，这样电动机启动过程结束，转为运行过程。

由LPC-3531型微机保护装置说明书可知，它认为电动机处于启动状态判据是电动机端最大电流Imax由0A瞬间变为>1.125Ie；处于运行状态判据是电动机在启动中，Imax≤1.125Ie。（Ie-电动机二次额定电流值）

由计算可知：Imax=1.125×2.96×400/5=266.4A

查看该电动机电源开关保护定值，该保护定值单见图3。

图3、保护定值单

但从故障现象可以看出，该电机启动后，瞬间暂态峰值电流升至411A，就一直维持到这个数值，没有回落至1.125倍额定电流及以下，即266.4A，所以此时微机保护装置认为电机扔在启动过程中，当启动时间超过设置的电动机额定启动时间定值后，保护装置就会发“电动机启动失败”信号。

而从保护配置可以看出，电机在启动过程中，只有电流速断保护（高值）功能是投入的。

电流速断保护（高值）的动作电流应躲过电动机的启动电流整定：

     式中， Isdg为保护装置动作电流值；

Krel为可靠系数，取1.5；

Kst为启动倍数，取8；

Ie为二次额定电流。

因此，电流速断保护（高值）的动作电流一次值为Isdg=35.52×400/5=2841.6A。

电流速断保护的动作判据：

Imax=max（Ia，Ib，Ic）

式中，Imax：A、B、C相电流（Ia，Ib，Ic）最大值

Isdg：速断动作电流高值（电动机启动过程中速断电流动作值）

Isdd：速断动作电流低值（电动机运行过程中速断电流动作值）

tsd：整定的速断保护动作时间

从电流数值看，电动机启动电流值在411A时，没到速断动作电流高值定值，所以速断保护不会动作。而过负荷保护是只在电机运行过程中投入，所以，以当时的异常运行工况，定值单上所有保护都不能起到保护作用,以致没有保护动作，发出报警信号。

5 解决方案

增设长启动保护、过热保护，动作于停车。

长启动保护，顾名思义，就是当电机启动过程中，由于电机的启动电流较大，如果启动时间太长，容易使电机发热受到损害，为了避免此类异常工况所设置的保护。该保护在电动机启动过程中投入，在启动结束后退出。

该保护的判据为：

式中，tqd：整定的电动机额定启动时间

通过计算，长启动保护动作电流：

Imax=1.125×2.96×400/5=266.4A，小于411A，而且该保护是在电动机启动过程中投入，所以可以保护到此异常运行工况下的电动机。

过热保护是避免电动机在投入运行时异步电动机相序错误，运行过程中电动机轴承温度过高以及转子鼠笼断条等异常运行工况所设置的保护。

保护装置可以在各种运行工况下，建立电动机的发热模型，对电动机提供准确的过热保护，考虑到正、负序电流的热效应不同，在发热模型中采用热等效电流Ieq，其表达式为：

式中,K1=0.5 额定启动时间内

K1=1 额定启动时间后

K2=3～10取6

电动机在冷态（即初始过热量θΣ=0）的情况下，过热保护的动作时间为：

当电动机停运，电动机积累的过热量将逐步衰减，本装置按指数规律衰减过热量，衰减的时间常数Tsr近似认为是发热时间常数的4倍，即认为Tsr时间后，散热结束，电动机又达到热平衡。

按躲过启动过程发热计算，按躲过启动时发热整定。

发热常数按照电动机过负荷能力计算:

=5min

散热常数:Tsr＝4×5=20min    取20min。

过热告警:通常取70－80％ 这里取70％，即为0.7，动作于信号。

重启过热闭锁：一般发电厂电动机冷启动2次，热启动一次，所以每次积累最大为50％，应整定为0.5-0.6，但考虑电动机某些时候要求强行启动，所以设定闭锁定值取80％，即为0.8，动作于闭锁合闸。

低压电动机虽然电压等级低，但是保护配置不应缩减，各种故障状态，异常运行工况应该都能保护到，这样才能保证设备安全稳定运行。

参考文献

[1]LPC系列低压综合保护测控装置技术说明书。