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孟洋
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：中壓電機是核電廠重要的廠用負荷，是保證電站長期安全穩定運行的重要組成部分，本文介紹了某廠電動機保護定值從調試到商運等不同階段的變化過程，在國家規范未明確系統和設備誰的優先級更高的情況下，根據電動機自身參數，對電動機保護配置定值進行整定和優化，將是一種兼顧系統和設備安全的選擇。
關鍵詞：中壓電動機;保護定值;技術改造
1 概述
某核電廠中壓母線電動機配置了ABB生產的SPAM150C綜合保護裝置，是一種在國內二代改進型核電廠應用非常普遍的數字化多功能電動機保護，其用于接觸器和斷路器控制交流電動機的場合，具有自診斷功能的監示系統，適用于所有惡劣環境的應用領域，保護裝置外殼鋁壓鑄成型，防護等級達IP54，該款具有如下功能:三相熱過載保護、啟動監視單元熱應力保護(堵轉保護)、三相定時限過流保護、定時限接地故障保護、相序或相不平衡保護、定時限低電流保護、累積啟動計數和重啟動閉鎖功能等。2014年，鄰廠發生電動機損壞事件，經故障排查，排除過流、接地、過負荷等原因，SPAM150C與國產保護相比，沒有引入電流負序分量，使得所產生的發熱量不能*反映電動機實際發熱水平，導致電機損壞的原因是熱容量相關保護設置不合理;經驗反饋到本廠后，有必要開展電動機熱保護配合合理性的技術分析和論證，以免再次發生此類事件。
2 電動機熱保護配置現狀
由于不同階段側重點不同，相應的設備運維策略也在變化。在調整試驗階段，由于機組尚未帶核運行，其定值設置更傾向于保護中壓電動機設備本身;隨著投產后的一兩年間，因電動機保護定值不合理設置，造成相關設備運行過程中跳閘，甚至鄰廠發生的電動機燒毀事件，嚴重影響設備可用性及功能實現，對電廠安全構成威脅，相關電動機保護的設置思路應從保護電機變更為保護系統，如此技術改造的需求提上議事日程。
電動機保護中，涉及熱保護的主要有熱過載、啟動監視單元。任何一臺電動機在啟動過程中均會發熱，但對于其在啟動過程產生的熱量θ為其允許熱量的多少，一般無法精確計算。電動機的生產廠家一般會標注該型電機允許熱態啟動次數、冷態啟動次數(一定時間內)。在對電機的熱過載保護進行整定時，一般采取保守原則，熱態啟動按照一次，冷態啟動按照兩次(一定時間內)，整定電動機的啟動時間累加單元閉鎖值∑tsi［s］、啟動時間累加單元遞減率△∑ts［s/h］。在SPAM150C保護裝置上的熱容量閉鎖啟動值θi，則是根據電動機的啟動時間ts和安全失速時間設定值t6x［s］得出的，由1－ts/t6x確定。
過載保護是一種用于電動機在不同條件下的充分熱保護構成，它的穩態值取決于負載電流的平方值，由兩種繼電器設定值整定，Iθ和t6x，Iθ是滿負荷電流，t6x則是指在冷態電動機在以6倍滿負荷電流啟動時，熱元件的動作時間。正常情況下，只要電動機的運行電流在Iθ值以下，該保護不會動作，假若電動機的運行電流值超過Iθ值5%，電動機的熱容量在經過一段時間積累后，保護會動作于跳閘。動作時間長短則取決于當前的電動機負載電流及Iθ值和失速時間t6x。因此熱過載保護是一種較為可靠，也較全的保護。該廠3、4號機組自調試以來，中壓電動機保護有過三次設置，一次根據設計院提供的初版定值進行了設置，通過在電動機調試過程中進行驗證，部分定值因配合問題不適用，進行了改正;另一次，在機組調試結束前夕，于2011年做出如下修改：
一是APD、ATE、CRF、DVN電機設置熱保護限制和啟動次數限制，冷態能啟動3次，熱態能啟動2次;
二是RCP電機設置熱保護限制和啟動次數限制，保持原限定值;
三是LHA/B應急母線上的電動機不設置啟動禁止保護功能(具體實施方法為:不設置熱保護限制，將熱容量閉鎖啟動值t6x、1i設置為大，將啟動次數限制定值∑tsi、△∑ts調到大);
四是對于主泵及其他未設置熱保護限值及啟動次數限制的電機，將根據運行規程做出相關限制要求(即不僅考慮電氣因素，需綜合綜合機組狀態和要求)。即此次技改后，對于未設置熱過載保護與禁止再啟動熱量值保護的電機而言，電機配置的保護也僅限于熱應力與過流速斷保護及相不平衡保護等。在電機啟動電流與啟動時間不超出熱應力保護范圍情況下，可以無限制啟動;在電機負荷對稱，但又沒有達到熱應力及速斷保護范圍時，電機可以長期運轉(如過負荷等)。
3、4號機組設置熱過載保護的中壓電機情況為:(1)未設置的13類，APA、CEX、SRI、SAP、SEC、JPP、EAS、ＲCV、ＲＲA、ＲＲI、ASG、ＲIS、DEG;(2)已設置的5類，APD、ATE、CRF、DVN、RCP。
3 外部熱保護配置咨詢、調研
通過函詢設計院，得到答復:在我國現行相關保護規范中，未明確設備、系統安全之間的主次之分，建議根據電機廠家參數進行設置。同時對其他電廠進行調研，某300MW電廠配置有啟動監視、堵轉;某750MW電廠配置有熱過載、堵轉，未設置啟動次數限制;某900MW電廠設置熱過載保護，其啟動閉鎖值設定為大，即要求在熱量允許范圍內可以啟動盡可能多的次數，啟動時間累加功能定值均設置為大。綜上，標準規范中未明確，且各廠保護設置不盡相同。通過按照電機廠家建議和自身參數進行設置，把握好熱過載和熱應力保護的配合，在熱限值內啟動盡可能多的次數將有助于提升系統安全水平。
4 技改方案討論和確定
圖1 APA制造廠家熱過載曲線
通過組織討論，明確整定原則為:結合現場電機運行實際，嚴格設置滿載電流設定值Iθ、安全失速時間設定值t6x、啟動電流Is、啟動時間ts;將熱容量閉鎖啟動值θi調到大。即在熱容量允許范圍內啟動盡量多的次數。以APA電機為例，其參數為:額定電流845A，CT變比1000/1A，啟動電流5.5IN，啟動時間為6.8s。允許的持續負荷取決于Iθ，按照1.05倍電機額定運行電流值IN計算此設定值:Iθ=1.05*845*1/1000=0.89A，故保護裝置中的Iθ整定為0.89。
根據廠家資料，電機的啟動電流值為電機額定運行電流的5.5倍，通過計算得出電機的啟動電流值Is為:Is=5.5IN=5.5*845*1/1000=4.7A，根據廠家資料，電機的啟動時間ts=6.8s，整定為7s。根據現場實際情況，3、4號機組APA電機的啟動電流為5.5A，啟動時間為5s(保護裝置精度有限，分辨率為1s)。如果按照計算定值，Is整定為4.7，ts整定為7，按照現場實際啟動電流，在發生電機堵轉的情況下，啟動監視保護將會在5.1秒動作出口跳閘，計算定值不滿足所有運行工況，現將Is定值放大，目前保護設定值為5.57，故保持現定值不變，確定Is=5.57A。由對應的電動機熱態條件下的過負荷時間/電流特性曲線，及保護裝置熱保護的特性曲線選定整定值t6x，查找對應的熱態曲線，整定t6x=14。熱容量θi［%］取大，為80%，則每次啟動積累熱量為:7÷14=50%，處于臨界點，從保護設備的穩妥角度出發，將ts修改為8s定值整定后見表1。
表1
其他定值計算不再贅述。本次技改定值變更涉及該廠3/4號機總計29個電動機保護。提請公司技術委員會審批通過，計劃在大修中逐步實施。
5.安科瑞智能電動機保護器介紹
5.1產品介紹
智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術，具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網絡系統。實現電動機運行的遠程監控。
5.2技術參數
5.2.1數字式電動機保護器
5.2.2模塊式電動機保護器
5.3產品選型
說明：“√"表示具備，“■"表示可選。
6 結束語
根據工作窗口，分批開展熱保護定值修改，重新配置了相關電機的熱過載保護、啟動監視單元定值。相關電動機自此后已運行幾個大修循環，未出現因為熱保護定值配置不當導致不可用的事件發生，當前的運行業績標明，在國家規范和吧標準尚未明確系統和設備誰的優先級更高的前提下，根據電動機參數，進行保護定值的整定和配置，將是兼顧兩者的良好選擇。后續將繼續做好電動機電氣參數的實時監測，確保中壓電動機長期安全穩定運行。
參考文獻
[1]電動機廠家技術文件［Z］．
[2]張黎．核電廠中壓電動機保護定值的技術改造
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
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