国网南瑞SAI-348D数字式电动机综合保护装置

　　SAI-348D数字式电动机综合保护装置

　　一、概述

　　SAI348D数字式电动机后备保护装置，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，作为大中型异步电动机 (数百千瓦以上) 内部故障、过负荷等的保护。可在开关柜就地安装，也可组屏安装于控制室。

　　保护功能配置

　　l 反映相间故障的速断保护

　　l 反映堵转的过电流保护

　　l 过负荷保护（告警、跳闸）

　　l 启动时间过长保护

　　l 不平衡保护（包括断相和反相）：定时限或反时限负序过电流保护

　　l 过热保护（过热跳闸、过热告警、热积累记忆功能）

　　l 低电压保护

　　l 过电压保护

　　l 非电量保护

　　l 接地保护（零序过流保护，可整定跳闸或发信号，可选择定时限或反时限）

　　l F-C 过流闭锁

　　测控功能配置

　　l 11路强电遥信开入采集

　　l 装置失电告警，装置事故信号，装置告警信号

　　l 断路器分合、分合次数统计

　　l 模拟量遥测：Ia、Ib（选配，订货时须注明）、Ic、Ua、Ub、Uc、P、Q、COSθ、F

　　二、保护原理说明

　　2.1启动时间过长保护

　　装置测量电动机起动时间Tstart的方法：当电动机的相电流从零突变动10%Ie时开始计时，直到起动电流过峰值后下降到120%Ie时为止，之间的历时称为Tstart。（Ie为电动机额定电流。）电动机起动时间过长会造成转子过热，当装置实际测量的起动时间超过整定的允许起动时间Tstart时，保护动作于跳闸。

　　异步电动机起动电流特性

　　2.2、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的过负荷造成的堵转保护。

　　动作时间T1可整定，对于用断路器控制的电动机整定时间一般较短，而用接触器控制的电动机整定时间一般较长，可选择整定为0.3秒。

　　其动作逻辑如下：

　　其中Ia、Ib、Ic为相电流，Isn为速断电流定值

　　2.3、过流保护

　　本装置设定过流保护，当电流大于整定电流且达到整定时间后，过流保护出口。

　　过流保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。

　　其中Ia、Ib、Ic为相电流，In为电流定

　　2.4、过负荷保护

　　本装置设定过负荷保护，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。

　　其中Ia、Ib、Ic为相电流，In为过负荷定值

　　2.5、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，为电动机各种过负荷引起的过热提供保护，也作为电动机短路、启动时间过长、堵转等的后备。

　　用等效电流Ieq来模拟电动机的发热效应，即：

　　Ieq=

　　式中：Ieq－等效电流

　　I1－正序电流

　　I2－负序电流

　　K1－正序电流发热系数，在电动机启动过程中K1＝0.5，启动完毕恢复K1＝1

　　K2－负序电流发热系数，K2=3～10,可取K2＝6

　　根据电动机的发热模型，电动机的动作时间t和等效运行电流Ieq之间的特性曲线由下列公式给出：

　　t＝τ×ln

　　式中：Ip-过负荷前的负载电流，若过负荷前处于冷态，则Ip＝0

　　I∞－启动电流，即保护不动作所要求的规定的电流极限值

　　τ－时间常数，反映电动机的过负荷能力

　　这一判据充分考虑了电动机定子的热过程及其过负荷前的热状态。装置用热含量来表示电动机的热过程，热含量与定子电流的平方成正比，通过换算，将其量纲化成反映电动机过负荷能力的时间常数τ。当热含量值达到τ时，装置即跳闸。当热含量达到Ka×τ，发过热告警信号，其中，Ka为告警系数，其取值范围为：

　　根据电动机可连续启动两次的原则，每次启动其热积累不应大于50%跳闸值，所以当热积累值下降到50%以下时，装置合闸闭锁接点返回。过热保护跳闸后，装置的热记忆功能启动，输出接点一直闭合，直到热积累值下降到50％以下，过热合闸闭锁接点返回，这时电动机可以重新启动。紧急情况，要求立即启动时，可对装置进行热复归操作。

　　启动电流I∞可按额定电流Ie的1.05～1.15倍整定。

　　发热时间常数τ应由电机厂提供，如果厂家没有提供，可按下述方法之一进行估算：

　　①如果厂家提供电动机的热限曲线或一组过负荷能力的数据，则按下式计算τ：

　　τ＝

　　求出一组τ后取较小的值。

　　②如已知堵转电流I和允许堵转时间t，也可由下式估算τ：

　　τ＝

　　③按下式计算τ：

　　τ＝

　　式中：θe为电动机的额定温升，K为启动电流倍数，θ0为电动机启动时的温升，Tstart为电动机的启动时间。

　　其动作逻辑如下：

　　2.6、零序过流保护

　　电动机接地电流取决于供电系统接地方式。在不接地或高阻接地系统中，故障电流仅是几安培，在中阻接地系统中为数百安培，在直接接地系统中将是更大的数值。对于具有高的接地故障电流水平的系统，如果三相都装有电流互感器，零序电流可由三相电流之和取得。在大多数情况下，为了检测低的接地电流，常常需要零序电流互感器来取得零序电流。因此，微机式电动机保护设计为既可用两相电流互感器加零序电流互感器的方式，也可用三相电流互感器的方式。

　　其动作逻辑如下：

　　其中I0为零序电流，I0d为零序电流定值

　　2.7、负序过流保护

　　负序电流保护主要针对各种非接地性不对称故障，对电动机反相、断相、匝间短路以及较严重的电

　　压不对称等异常运行工况提供保护。当电动机三相电流有较大不对称，出现较大的负序电流，而负序电流将在转子中产生 2 倍工频的电流，使转子附加发热大大增加，危及电动机的安全运行。在电动机正常运行时，由于供电电源的不对称，总存在一定的负序电流，该电流不会超过30%Is，负序保护的整定应能躲过此负序电流，即按0.3Is整定。动作时间特性有两种时限特性可选择，选择定时限和反时限，***反时限动作方程为：

　　其中： tp为时间系数，范围是（0.05～1）

　　Ip为负序电流整定值

　　I为故障负序电流

　　t为跳闸时间

　　注意：整定值部分反时***间为上面表达式中分子的乘积值，单位是秒，整定范围是（0.4～80）。

　　其动作逻辑如下：

　　其中I2为负序电流，I2d为负序电流定值

　　2.8、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。当三个线电压都低于定值，开关或接触器处于合位，且A、C相电流都为零时，低电压保护动作。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（内部门槛 8V）自动闭锁低电压保护。

　　其动作逻辑如下：

　　2.9、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。

　　2.10、非电量保护

　　从电动机本体来的非电量接点，至装置的开关量输入端子，跳闸与否由软压板决定。如软压板退出，则只作普通遥信用，否则将跳开相应所有开关。装置跳闸后，进行事件记录，并可通过MMI将记录上传至后台计算机。

　　2.11、F-C 过流闭锁

　　对于熔断器-高压接触器（F-C）控制的电动机，如果任一相故障电流超过了接触器的遮断电流时，保护出口被闭锁，接触器不能断开，此时，应由熔丝熔断来切除故障。

　　当电动机三相电流突变为零，电压正常且接触器在合位时发熔断器熔断告警信号。

　　2.12 PT断线检测

　　在下面三个条件之一得到满足的时候，装置报发“PT断线”信息并点亮告警灯：

　　1)三相电压均小于8V，某相(a或c相)电流大于0.25A，判为三相失压。

　　2)三相电压和大于8V，最小线电压小于16V，判为两相或单相PT断线。

　　3)三相电压和大于8V，最 线电压与最小线电压差大于16V，判为两相或单相PT断线。

　　装置在检测到PT断线后，可根据控制字选择，或者退出带方向元件、电压元件的各段保护，或者退出方向、电压元件。PT断线检测功能可以通过控制字（KG1.15）投退。

　　PT断线检测功能可以通过控制字投退。

　　2.13 数据记录

　　本装置具备故障录波功能。可记录的模拟量为Ia、Ib、Ic、3I0、Ua、Ub、Uc、Ux、Ii0，可记录的状态量为断路器位置、保护跳闸合闸命令。所有数据记录信息数据存入FLASH RAM中，可被PC机读取。可记录的录波报告为8个以上，每次录波数据总时间容量为1S，分两段记录，动态捕捉并调整记录时间。可记录的事件不少于1000次。本装置除记录系统扰动数据外，还记录装置的操作事件、状态输入量变位事件、更改定值事件及装置告警事件等。

　　2.14、遥信、遥测、功能

　　功能主要有三种：正常跳闸操作和合闸操作，接地选线跳闸操作。

　　遥测量主要有：IAc、(IBc)、ICc、UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA、COS￠、P、Q、F 和电度。所有这些量都在当地实时计算，实时累加，三相有功无功的计算消除了由于系统电压不对称而产生的误差，且计算完全不依赖于网络，精度达到 0.5 级。

　　遥信量主要有：16 路遥信开入、装置变位遥信及事故遥信，并作事件顺序记录，遥信分辨率小于2ms。