P220電動機保護裝置在石化企業(yè)的應(yīng)用

P220電動機保護裝置在石化企業(yè)的應(yīng)用

摘要：MiCOMP220電動機綜合保護控制裝置是ALSTOM公司的綜合保護裝置之一，不但有常規(guī)的過負荷、電流速斷及接地保護，而且還具有不平衡、超時起動及堵轉(zhuǎn)等保護，比較適合作為石化企業(yè)電動機的保護。本文根據(jù)對MiCOMP220電動機綜合保護控制裝置的實驗摸索和理論研究，在設(shè)計、安裝、整定、檢驗及運行管理方面做出了較為詳細的敘述，并提供了一些石化企業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)，為該保護裝置應(yīng)用提供了一定的實踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：詞電動機繼電保護石化企業(yè)

AbstractMiCOMP220MotorProtectionRelay,memberoftheALSTOMProtectionRelays’family,hasnotonlythecommon[49]THERMALOVERLOAD,the[50/51]SHORT-CIRCUIT,the[50N/51N]EARTHFAULT,butalsothe[46]UNBALANCE,the[48]EXCESLONGSTART,andthe[51LR/50S]BLOCKROTORprotectingfunctions.Therefore,itisverypracticalinpetrochemicalenterprises.Afterthewriter’sexperimentsandtheoreticalstudies,thispapergivessomedetailednarrationsinthedesigning,installing,setting,verifyingandoperatingofMiCOMP220MotorProtectionRelay.Thispaperalsoprovidessomeusefuldataforutilizingtherelayinthepetrochemicalenterprisesandpracticalexperiencesoftheapplications.

KeywordsMotor,ProtectionRelay,PetrochemicalEnterprise

引言

電動機是石化企業(yè)的主要用電設(shè)備，如何用綜合保護裝置在即確保平穩(wěn)生產(chǎn)操作又要維護設(shè)備安全的基礎(chǔ)上，對電動機的電氣及機械部分進行全面地保護是電氣技術(shù)人員需要認真解決的問題。

MiCOMP220電動機保護裝置采用數(shù)字技術(shù)完成電動機所需的各項保護、控制、監(jiān)視和記錄功能，可以通過編程將投入的保護和控制功能分配至輸出繼電器上。利用保護裝置前面板上的LED指示燈、液晶顯示屏或鍵盤，運行人員可以獲取各序電流、發(fā)熱狀態(tài)、運行時間等各種數(shù)據(jù)。連接后部的RS485通訊端子，遠方運行人員也能閱讀存儲在保護裝置中的數(shù)據(jù)、分配給各個輸出繼電器不同的功能、修改定值及傳輸遠端跳閘命令。在MiCOMS1軟件的支持下，PC機可以通過位于前面板的RS232通訊端口直接與數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)連接，在輸入密碼后完成數(shù)據(jù)的設(shè)置和修改，顯示事件記錄及故障波形。

該保護裝置是近幾年應(yīng)用的電動機綜合保護裝置之一，與早期的SPAM150C電動機綜合保護裝置[1]相比，更適合作為石化企業(yè)2MW以下中壓電動機的保護。

MiCOMP220電動機保護裝置設(shè)計安裝

在設(shè)計安裝前必須認真閱讀ALSTOM提供的《MiCOMP220電動機保護技術(shù)指南》。設(shè)計安裝時應(yīng)當注意

MiCOMP220電動機保護裝置整定

應(yīng)當注意，在MiCOMS1軟件中的整定值組與在MiCOMP220保護裝置中的整定值組有不對應(yīng)的現(xiàn)象，為確保電動機保護裝置安全可靠地動作，在保護裝置投入運行前必須對其進行檢驗。

由于電動機的發(fā)熱狀態(tài)難以從常規(guī)儀表中得到，因此，液晶顯示屏上缺省顯示的測量值宜整定為THERM_ST以便觀察。

從斷路器檢修及保護裝置檢驗等方面考慮，電動機起動檢測斷路器閉合狀態(tài)宜整定為52A方式。

相電流互感器的變比應(yīng)按實際值輸入，而當零序電流輸入是通過三個相電流互感器作零序接線完成時，則零序電流互感器的一次和二次側(cè)的額定電流應(yīng)與相電流互感器相同數(shù)值。當采用專用零序電流互感器時，則零序電流互感器的一次和二次側(cè)的額定電流宜輸入相同數(shù)值。

通常將可編程LED指示燈整定

LED5過負荷保護動作；

LED6電流速斷保護動作；

LED7低電壓保護動作；

LED8接地保護動作。

將兩個可編程LED指示燈同時使用指示其它保護的動作

LED5和LED6超時起動保護動作；

LED7和LED8堵轉(zhuǎn)保護動作；

LED5和LED7不平衡保護動作；

LED6和LED8起動次數(shù)保護動作。

與其他電動機綜合保護裝置不同，MiCOMP220保護裝置的過負荷保護功能[49]是基于電動機負荷電流的正序和負序分量計算得到一個熱映像，該熱映像的曲線分為三段，通過調(diào)整參數(shù)Te1、Te2及Tr可改變各段曲線參數(shù)，用這種方式可以計算定子和轉(zhuǎn)子的熱效應(yīng)，定子繞組中的電流負序分量會在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出幅值很大的電流，這將在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生很高的溫升。過負荷動作時間通過下式計算得到

t=Tln[((Ieq/Iq)2–qi)/[((Ieq/Iq)2–qthresh)

=Tln[(K2–qi)/(K2–qthresh)]

其中

t—動作時間，秒；

T—熱時間常數(shù)，秒；

Ieq—熱等效電流值，=[I12+KeI22]開平方，其中

I1—正序電流分量；

I2—負序電流分量；

Ke—負序電流識別因子。

Iq—過負荷整定值；

K—Ieq/Iq的比值；

qi—初始熱狀態(tài)值；

qthresh—過負荷報警整定值或過負荷跳閘整定值。

過負荷電流整定值計算公式

Iq=KrelIrM/IpIn

式中

Krel—可靠系數(shù)，通常取～，在石化企業(yè)中電動機多為防爆電動機，為確保生產(chǎn)裝置的連續(xù)運行，參考其它電動機保護裝置宜取。

IrM—電動機額定電流值，A；

Ip—電流互感器一次電流，A；

In—電流互感器二次側(cè)和繼電保護裝置的額定電流值，A。

負序電流的識別因子通常取Ke=3。

當熱等效電流Ieq位于0和2倍的Iq之間，電動機正常運行時采用該時間常數(shù)。參照其他形式電動機保護的曲線及整定值，不僅僅考慮定子線圈，還應(yīng)顧及電動機的機械故障，可取Te1=6mn。

當熱等效電流Ieq大于2倍的Iq時，電動機處于起動階段或堵轉(zhuǎn)時采用該時間常數(shù)。在石化企業(yè)中電動機多數(shù)均參加再起動，因此，整定該時間常數(shù)時必須考慮躲過電動機熱態(tài)再起動時間。當電動機負載為普通機泵時通常取Te2=12mn。當電動機負載為風(fēng)機時通常取Te2=18～48mn。

當電動機停止運行時采用該時間常數(shù)。根據(jù)防爆電動機的散熱特性通常取Tr=60mn。

在石化企業(yè)中通常不采用過負荷報警功能、起動時閉鎖過負荷跳閘功能、環(huán)境溫度修正過負荷保護及熱狀態(tài)閉鎖起動功能。

考慮非周期電流分量，參照其他形式電動機保護裝置的整定方法，根據(jù)對多臺電動機的實驗摸索，石化企業(yè)中電動機電流速斷保護功能[50/51]適用的整定值為

I=/IpIn

式中Kmst電動機起動電流倍數(shù)。tI=0ms。

在石化企業(yè)中接地故障保護功能[51N]通常動作于信號。宜采用專用的零序電流互感器來測得接地故障產(chǎn)生的零序電流。對于中性點不接地系統(tǒng)可采用試驗的方法確定整定值。在零序電流互感器一次加入電流，從MEASUREMENTS菜單下讀出IN。接地保護整定值計算公式

Io=IN/Ien

式中

IN—讀出電流值，A；

Ien—零序電流互感器二次電流，A。

動作時間通常為tIo=s。

不平衡功能[46]根據(jù)測量電流的負序分量動作?？紤]補償電容器及其它電子設(shè)備影響，石化企業(yè)通常采用報警整定值I2=/Ip，延遲時間tI2=起動時間的120%，機泵通常為6秒，風(fēng)機通常為8～16秒。

石化企業(yè)的防爆電動機多數(shù)采用直接起動方式，超時起動保護功能[48]典型的整定為

Istart等于2Iq，tIstart應(yīng)于不平衡保護的整定時間tI2相同。

電動機“抱軸”事故是石化企業(yè)電動機的主要事故，也是困擾石化企業(yè)電氣人員的一個難題。堵轉(zhuǎn)保護功能[50S]僅在電動機運行時發(fā)揮作用，如與允許再起動功能配合時典型的[51S]整定可為tIstall=秒，Istall=2Iq。

如不與允許再起動功能配合時，典型的tIstall整定也應(yīng)于不平衡保護的整定時間tI2相同。

在石化企業(yè)中防爆電動機安裝速度開關(guān)非常困難，因此，堵轉(zhuǎn)保護功能[51LR]通常不使用。

從電動機運行管理等方面考慮，在石化企業(yè)中不宜采用欠電流/負荷丟失保護功能[37]。

在石化企業(yè)中電動機多為防爆電動機驅(qū)動的機泵，通常起動次數(shù)[66]整定可采用數(shù)據(jù)

參考周期的持續(xù)時間Treference=60mn

熱狀態(tài)起動次數(shù)HOTSTARTNB=2

冷狀態(tài)起動次數(shù)COLDSTARTNB=3

禁止重起動的延時時Tinterdiction=20mn

在MiCOMP220中，熱狀態(tài)高于50%的定義為熱態(tài)模式，低于50%的定義為冷態(tài)模式。

該控制應(yīng)設(shè)為自動恢復(fù)，但與其他保護功能同時使用時無法實現(xiàn)，故在采用事故跳閘閉鎖合閘回路時不宜啟用該控制。如啟用該功能宜將最小時間間隔“Tbetw2start”整定為5分鐘。

在石化企業(yè)中當啟用了允許電動機再起動功能時，Treacc延時對應(yīng)于變配電系統(tǒng)電壓驟降的最長時間。與堵轉(zhuǎn)功能配合，可將延時Treacc整定為9秒。

P220保護裝置有三個用戶可以整定的邏輯輸入。在石化企業(yè)中通常分別將邏輯輸入L3設(shè)為電壓驟降信號，分配給VOLT._DIP；將邏輯輸入L4設(shè)為低電壓保護，分配EXT1，并EXT1=s；將邏輯輸入L5設(shè)為工藝連鎖，分配EXT2，并EXT2=s。引入VOLT._DIP的目的主要是為了縮短轉(zhuǎn)子失速保護的動作時間，如將轉(zhuǎn)子失速保護[51S]的動作時間整定的與不平衡保護的整定時間tI2相同，即可不必引入該輸入接點。

輔助輸出繼電器RL1應(yīng)動作于電動機跳閘。輔助輸出繼電器RL2通常為合閘閉鎖，RL3為事故跳閘信號，RL4為事故預(yù)報信號，RL5為掉牌未復(fù)歸。

用于控制輸出繼電器的信號可以在跳閘輸出繼電器。通常是tI、THERMOVERLOAD、EXCESLONGSTART、tIbloq、EXT1及EXT2。

在石化企業(yè)中通常只使用延時定值tI短路輸出繼電器自保持的保護功能。

當該保護功能通過輸出繼電器發(fā)出跳閘命令時，相應(yīng)的繼電器將在命令復(fù)歸后仍自保持。若要使這些輸出繼電器復(fù)位，則需要對P220保護裝置做確認操作。

開關(guān)設(shè)備開斷時間、跳閘命令延時Ttrip與合閘命令的延時Tclose宜整定為秒。

在故障記錄子菜單中的故障記錄次數(shù)設(shè)為5次。

在故障錄波子菜單中設(shè)為

PRETIME=s

POSTTIME=s

DISTURBRECTRIG=ONTRIP.

催化裂化裝置原料油泵，PN=400KW，IrM=A，Kmst=，Ip=100A。

Iq=KrelIrM/Ip=*/100=In

取Iq=In，Ke=3，Te1=6mn，Te2=12mn。

I=/Ip=**/100=In

tI=0ms。

Io=Ien，tIo=s。

I2=/Ip=*/100=In

取I2=In，tI2=6s。

其他保護整定按上述給出即可。

MiCOMP220電動機保護裝置檢驗

技術(shù)部門應(yīng)提供的定值數(shù)據(jù)

技術(shù)部門可為檢驗人員提供的檢驗數(shù)據(jù)

由于需要提供的數(shù)據(jù)較多，宜采用計算機程序計算。

首先應(yīng)關(guān)閉負序電流、超時起動、堵轉(zhuǎn)及起動次數(shù)保護。在檢驗前請務(wù)必檢查輸入的電流是否與相應(yīng)端子的要求相符。將斷路器合閘，檢查22-24端子是否有電壓。在整定記錄上寫入相和零序電流互感器的參數(shù)值。給MiCOMP220保護裝置上電。給保護裝置的每個電流輸入端加入電流，在LCD液晶顯示屏上檢查數(shù)值是否正確。檢驗各動作值與整定值是否相符，并將檢驗結(jié)果寫入檢驗報告中。

為了檢驗方便，建議將所有的熱時間常數(shù)都整定為6分鐘。在PROCESS過程菜單中，將電動機的熱狀態(tài)值復(fù)位為0。確認斷路器處于閉合狀態(tài)。

輸入IT1_3或IT1_1檢驗電流，檢查此時RL1的動作時間是否等于133秒。

輸入IT2_3或IT2_1檢驗電流，檢查RL1的動作時間是否等于秒。

再注入電流至保護裝置，使電動機熱狀態(tài)值達到90%。然后取消電流注入，確認斷路器必須一直處于斷開狀態(tài)，等待熱狀態(tài)減小至60%，注意記錄是否等于146秒。

如果保護裝置整定的熱時間常數(shù)不為6分鐘時可用如下公式計算

t=t6Tset/6

其中

t—動作時間，秒；

t6—當Tset=6時，過負荷動作時間，秒；

Tset—保護裝置整定的熱時間常數(shù)值。

直接注入電流，然后檢查保護裝置在tI時是否沒有跳閘輸出，然后再注入，檢查是否在tI時有跳閘輸出，逐漸減小注入電流，注意記錄電流降至多少時I信號可復(fù)歸。

石化企業(yè)典型的中性點不接地系統(tǒng)可采用的檢驗方法是在零序互感器一次直接注入A的電流，然后檢查是否沒有報警動作，然后注入A的電流，檢查是否在tIo時有報警動作，逐漸減小注入電流，注意記錄電流降至多少時Io信號復(fù)歸。

首先啟用負序電流保護功能，并對保護裝置A相輸入一單相電流，則：Ib=0且Ic=0，因此負序電流為I2=1/3Ia。

直接注入I2_電流，然后檢查是否在tI2時沒有報警動作。然后注入I2_電流，檢查是否在tI2時有報警動作。逐漸減小注入電流，注意記錄電流降至多少時I2信號復(fù)歸。

再啟用超時起動保護功能，并對保護裝置輸入Ist電流，同時將斷路器合閘，檢查在tIstart時是否跳閘斷路器。再注入IT1_3電流，同時將斷路器重新合閘，檢查是否在tIstart時無跳閘斷路器。

最后啟用堵轉(zhuǎn)保護功能，將斷路器合閘，然后對保護裝置輸入Ist電流，檢查在tIstall時是否跳閘斷路器。重新將斷路器合閘，再注入IT1_3電流，檢查是否在tIstall時無跳閘斷路器。

向邏輯輸入L3加入有源開關(guān)量輸入，然后檢查是否跳閘輸出。取消邏輯輸入L3開關(guān)量輸入，檢查輸出繼電器是否仍然保持動作。

通過清除報警信息復(fù)歸跳閘輸出繼電器。

最后應(yīng)再次檢查負序電流、超時起動、堵轉(zhuǎn)及起動次數(shù)保護是否啟用，并重新設(shè)好過負荷保護的熱時間常數(shù)。

MiCOMP220電動機保護裝置運行管理

在P220保護裝置安裝運行前應(yīng)對有關(guān)技術(shù)人員、檢驗人員及電工班長進行培訓(xùn)，還要對操作及維護人員講解操作要求，明確保護裝置運行后的注意事項，對于該保護裝置新功能也應(yīng)對有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)說明。

由于通過密碼可以修改保護裝置中的任何整定值，因此必須對保護裝置的密碼進行嚴格管理。僅機動部門、技術(shù)部門、試驗班及維護班班長可了解該密碼。密碼應(yīng)設(shè)計的即便于記憶又不易被破譯，而且宜設(shè)運行與檢驗兩個密碼。

通過PROCESS菜單下的MOTOPERATHOURS子菜單可讀出電動機的運行時間，但P220保護裝置的輔助電源消失后該運行時間也同時清零，因此應(yīng)對每臺電動機的運行時間進行定期記錄。

對于孤立運行的MiCOMP220電動機保護裝置，其內(nèi)部的日期和時間應(yīng)定期進行檢查和校對，以確保事件和故障記錄時間的準確性。

在MiCOMP220中，電動機的運行狀態(tài)是通過L1回路檢測的，如該回路出現(xiàn)斷路故障，即使斷路器已合閘，MiCOMP220也不能判定電動機已運行。此時，超時起動和堵轉(zhuǎn)保護將失效，而過負荷保護的動作時間也只能按Tr時間常數(shù)動作，由于Tr遠大于T1與T2，因此，過負荷保護也基本失效。如在斷路器合閘過程中發(fā)生斷路器輔助接點抖動等現(xiàn)象時，還會影響電動機合閘次數(shù)的正確記錄，使起動次數(shù)保護誤動。

不能檢測斷路器跳、合閘回路完整性是MiCOMP2