综保装置在高压电机保护系统改造中的应用
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摘要：近年来，各种类型的微机综合保护装置在高压继电保护系统中已得到广泛应用，本文就采用微机综保装置对高压电动机继电保护系统进行改造作简单介绍。
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我公司一水厂送水泵房有10kv高压电动机3台，采用配备真空断路器的KYN28型高压开关柜进行控制，启动方式为直接启动，原继电保护采用GL10系列感应式过流继电器。因该继电器具有的“有限反时限”特性非常符合电动机的保护要求，在高压电机保护系统中曾得以广泛应用，但由于该继电器内部带有机械传动装置，常因机构磨损导致铝盘停转，继而造成继电器拒动，降低了保护的可靠性。近年来，各种类型的微机综合保护装置在高压继电保护系统中已得到广泛应用，因此单位决定尝试采用微机综合保护装置对高压电动机保护系统进行改造。
一、设备选型
经过调查比较，我们选择了南瑞SZP-148D数字式电动机综合保护装置，该保护装置适用于10kv及以下电压等级的各种系统接线 (中性点不接地系统，小电流接地系统) 中高压异步电动机综合保护，可在开关柜就地安装，也可组屏安装于控制室内。
SZP-148D数字式电动机综合保护装置可实现下列保护功能：
1、速断保护
速断保护通过判断电流的大小来实现的，其整定范围为(3～12)Is。速断保护在电动机起动完毕后自动下降一半。这样即可以有效地躲过电动机的巨大启动电流，又可以保证电动机正常起动后提供防备严重过负荷造成的堵转保护。
2、过流保护
本装置可设定过流保护，当电流大于整定电流且达到整定时间后，过流保护出口继电器动作。过流保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。
3、过负荷保护
本装置可设定过负荷保护，当电流大于整定电流且达到整定时间后，经控制字选择告警或跳闸。过负荷保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。
4、低压保护
为了保证安全生产，对不允许自起动的电动机，在电源电压消失或者降低后，低电压保护动作于跳闸，将电动机从电网中自动断开。为防止 PT 断线误切电动机，当单相或两相 PT 断线时会出现负序电压，装置通过负序电压自动闭锁低电压保护。
5、过电压保护
电源的过电压会引起铁耗和铜耗的增大，使电动机温度上升。当任一相间电压大于整定电压，保护经整定的延时动作。
除上所述外，SZP-148D综保装置的还有断相、零序等多种保护功能，此处不再详述。
二．安装接线
因原有的10KV开关柜内没有适当的安装位置，又考虑到改造时尽量不影响正常生产，我们没有将综保装置安装在电机控制柜中，而是将其安装在另一处原有的变送器屏内，（因原设计高压配电系统没有采用微机综合测量装置，故设有一面专门的电流、电压变送器屏）包括高压电机在内的所有高压开关柜电流、电压在此均可方便取得，且柜后空间大，便于综保装置安装接线。
综保装置固定后，将相应电动机开关柜的二次电流及PT二次电压接至综保装置信号采集端子。再另外敷设一条控制电缆将综保装置的控制继电器接点与高压电机开关柜内真空断路器的跳闸回路相连接。接线原理如下图所示。
改造接线原理图
三．整定计算
因微机综保装置保护功能的实现方式不同于传统的电磁继电器，并且增加了一些传统继电器（如GL、DL）所不具备的功能。因而定值计算也具有不同要求。对此，我们结合有关综合保护装置的功能及保护整定计算的有关规定，按照我们需要的功能进行了定值计算。
首先，根据电动机微机保护的原理，计算出装置的设定电流Is，即电动机实际运行电流反应到CT二次侧的值：Is=Ie/nl其中Ie为电动机额定电流; nl为电流互感器变比。然后，再以此为基础进行其他各项计算：
1、电流速断保护
按躲过电动机起动电流来整定： Idzj=Kk*Istmax/nl 其中Istmax为电动机最大启动电流；Kk为可靠系数。因微机保护的速断定值可将起动时间内和起动时间后分别整定，故需计算两个速断定值,起动时间内Kk推荐取1.8，起动结束后，由于电动机运行电流降为额定电流，对非自起动电机，为防止起动时间之后电动机仍运行在起动电流水平上，推荐Kk取0.8。
2、过负荷（过热）保护
综合考虑了电动机正序、负序电流所产生的热效应，按下式整定：
其中：t为保护动作时间(s)；τ1为发热时间常数（可由电机制造厂家提供）；I1为电动机运行电流的正序分量（A）；I2为电动机运行电流的负序分量（A）；Is为装置的设定电流（电动机实际运行额定电流反应到CT二次侧的值）；K1为正序电流发热系数，启动时间内可在0～1范围内整定，由于起动时间内电动机起动电流较大，为防止起动过程中电动机过负荷保护动作，一般整定为0.3，启动时间过后自动变为1；K2为负序电流发热系数，可在0～10的范围内整定，由于一般情况下电动机负序阻抗与正序阻抗之比为6，故通常整定为6。
3、低电压保护
低电压保护按下式整定：Udz=Umin/Kk*Kf其中Umin为电动机起动时母线的允许最低电压，一般为（0.55～0.65）Ue；Kk为可靠系数，通常取1.2；Kf为为返回系数，通常取0.9。
按上所述方法完成定值计算后，再按照操作手册将各项参数设定到综保装置中，即可将其投如运行。加装电动机综合保护装置，提高了原有保护的可靠性，经过一段时间的运行验证效果良好。
参考文献：
1.《工业与民用配电设计手册》 （中国电力出版社）
2．《电力系统微机继电保护》 （中国电力出版社）
3.《SZP-148D数字式电动机综合保护装置用户手册》
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。