高压电机综合保护培训学习资料.doc

HN-2001型电动机保护测控装置HN-2001型电动机综合保护测控装置培训学习资料18目 录1 系统概述11.1 适用范围12 装置功能12.1 保护功能12.2 测控功能12.3 自检功能13 装置原理23.1 保护和定值整定原理23.2 定值清单93.3 保护逻辑框图123.4 自检功能134 硬件说明134.1 面板说明134.2 信号指示灯144.3 显示说明144.4 模件说明171 系统概述1.1 适用范围HN-2001型电动机保护测控装置（以下简称装置）适用于35KV及以下电压等级中高压异步电动机的综合保护、测量、控制。HN-2001型电动机保护测控装置可与HN-2041型电动机差动保护装置（主保护）组成电动机成套保护装置，对2MW及其以上容量电动机提供完善的保护。2 装置功能2.1 保护功能u 二段式过流保护（II段为堵转保护）u 过负荷保护u 反时限过流保护u 过热保护u 二段式负序过流保护u 负序过流反时限保护u 接地保护u 低电压保护u 过电压保护u 启动保护u 启动时间过长保护u 非电量保护u PT断线检测及闭锁、报警u 事故记录u 故障录波u 独立的操作回路2.2 测控功能 u 遥测采集和计算u 遥信采集u 脉冲计数u 遥控输出u 通讯u 对时u 统计2.3 自检功能u 掉电自检u 内部故障自检u 开出自检3 装置原理3.1 保护和定值整定原理3.1.1 二段过流保护每一段的电流及时限定值可分别整定，通过控制字可分别设定二段保护的投退。a) 过流段保护的判据： b) 过流段保护的判据： 式中：为三相电流中的最大值； 、为各段电流的整定值；、为各段时限。过流保护作为电动机机端电流互感器以下的引线及定子绕组相间短路的主保护。1. 定值整定原理如下：a) 在电动机正常启动时，保护装置不应该动作 其中：为可靠系数取1.21.4；为电机启动电流倍数取47；为CT电流二次额定值。b) 对电动机而言，在启动过程结束后，电动机的速断定值不必躲过电动机的启动电流，应该考虑当区外部远方发生故障时，电动机应该不动作。为满足上述条件，电动机速断保护的动作电流应该按照以下原则整定：其中：为可靠系数，可以取48； 为CT电流二次额定值。在与FC回路配合时，在过流段中增设一定值（真空接触器的最大开断电流），在检测到的保护电流大于此值时，闭锁保护出口，由熔断器的熔体熔断来开断短路电流，以免因短路电流过大而引起真空接触器的爆炸。动作时限可整定为0s，即速断，也可带0.05s的延时。2. 电动机速断保护灵敏系数校验原则：当系统在最小运行方式下，电动机发生出口两相短路时流过的短路电流与保护定值的比值，考核最小灵敏系数KSEN。 考核最小灵敏系数应该大于2 。过流段主要针对电动机转子处于停滞状态时，电流将急剧增大而造成电动机烧毁事故。为此将过流段配置为堵转保护，在电动机启动完毕后自动投入。因此增加判据： 其中：为电动机投入运行的计时，为整定的启动时间； 为电动机从启动到电动机转速达到额定转速所需的时间，可以参考电动机本身的技术资料，考虑裕度，可整为最长启动时间的1.2倍。3.1.2 过负荷保护过负荷保护，其电流和时限可分别整定，通过控制字可设置该保护的投退。过负荷保护的判据为： 式中：为三相负荷电流中的最大值；为保护的电流整定值；为时限定值。过负荷保护如选为定时限保护建议按电动机机端过负荷状态整定。其定值整定原理如下：a) 动作电流可按躲开电动机长期允许的最大负荷电流整定，一般可以整定为1.05倍的额定电流。b）动作时限参考电动机的铭牌设置而定，一般1.4s1.6s。3.1.3 反时限过流保护装置中的过流反时限保护，作为电动机机端电流互感器以下的引线及定子绕组相间短路的后备保护。根据国际电工委员会标准（IEC255-4）和英国标准规范（BS142.1966）的规定，装置采用下列两个标准特性方程，供用户选用。非常反时限： 极端反时限： 式中：为电流基准值； 为时间常数，在01s内取值。其定值整定原理如下：a）启动电流可按躲开电动机长期允许的最大负荷电流整定。b）发热时间常数视电动机具体发热情况整定。3.1.4 过热保护过热保护主要为了防止电动机过热，因此在装置中设置一个模拟电动机发热的模型，综合考虑正、负序过载电流不同的发热效应，模拟计算电动机发热、散热过程，主要是对电动机发热和长期过负荷提供保护。并具有热记忆性，即保护动作后动作于跳闸或信号，必须通过散热过程，使热积累值降低到定值以下时，才允许电动机再次启动。通过控制字可设定保护的投退。过热反时限曲线公式： ； （运行状态） ； （启动状态）其中： 为动作时间； 为电动机散热时间常数；、为装置内部计算得到的正序、负序电流值；、 分别表示运行状态和启动状态的保护电流定值。动作判据如下： 或 过载量H大于999根据电动机可以连续启动两次的原则，每次启动其热积累应不大于50%跳闸值。所以电动机被过热保护动作跳闸后，不能立即再次启动，要等到电动机散热到允许启动的温度时，才能再启动。在需要紧急启动的情况下，通过装置菜单项“热复归”强制将热模型恢复到“冷态”。3.1.5 负序过流保护当电动机三相电流有较大不对称时，电动机会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。本装置采用两段式负序电流保护，分别为负序过流速断I段保护、负序过流II段。通过控制字可分别设定二段保护的投退。动作判据为： 和 其中： 为装置自产负序电流；为负序过流I段定值，为负序过流I段时限；为负序过流II段定值，为负序过流II段时限。由于负序电流的计算方法与电流互感器有关，故对于只装A、C相电流互感器的情况，负序电流计算公式为： 其中为、的相角差。当断相时，负序电流约为相电流的3倍。装置设置的定时限负序过流段保护，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。整定计算原则：a) 在系统最小运行方式下电动机机端两相短路时，最小的短路电流负序分量应使负序过流段保护可靠动作，推荐整定范围为0.61.2；b) 时限按躲过开关不同期合闸的时间整定，推荐整定范围为0.050.1s，一般可取0.05s。负序过流段作为灵敏的不平衡电流保护。若采用定时限，其定值可按大于电动机长期允许的负序电流整定做为负序过负荷报警。负序过负荷报警定值整定：在电动机正常运行及启动过程中,允许三相电压之间有持续性的5%以内的误差，此时会出现较长时间的负序电流，负序过电流定值应可靠躲过这个负序电流不动作,因此电流定值不应小于0.3，一般可以取0.30.6。负序过流时间的整定： 必须可靠躲过断路器跳合闸及其它暂态干扰所出现的短时间的影响，时间一般可取1s3s。4.1.6 负序过流反时限保护负序过流段也可通过控制字设置为反时限，根据国际电工委员会标准（IEC255-4）和英国标准规范（BS142.1966）的规定，本装置采用其标准反时限特性方程中的极端反时限特性方程(extreme IDMT.)： 式中：为电流基准值；为时间常数。其整定计算原则是：a) 躲开电机运行中由于三相电流不完全对称引起的负序电流分量，一般可以取0.30.6；b) 定时限保护时时间必须可靠躲过断路器跳合闸及其它暂态干扰所出现的短时间的影响，此处时间常数一般可取01s。3.1.7 接地保护接地保护由零序电流定时限保护和定子零序电压保护组成。定值可分别整定，通过控制字可分别设置保护的投退。1. 零序过流保护反应电动机定子绕组及引出线接地的零序过流保护，其零序电流应由零序电流互感器直接获得，是对单相接地的保护。可通过控制字选择投报警或跳闸，以供不同场合使用。由于装置应用于不接地或小电流接地系统，在系统中发生接地故障时，其接地故障点零序电流基本为电容电流，当单相接地的电流大于5A时应该装设零序电流保护，动作后直接跳闸；当单相接地的电流小于5A时设零序电流保护动作后告警。动作判据为： 且 即三相电流中零序电流分量大于整定值，且持续时间大于时间整定值，则零序电流保护动作。其定值整定原理：按躲过电动机外部（机端电流互感器以外）该电压等级电网中任一点单相接地时的零序电流整定。2. 零序过压保护如果电动机定子单相接地的电流过小，零序电流保护的灵敏度达不到要求，可以考虑设置电动机定子零序过压保护。反应电动机定子接地引起的零序电压，保护电动机85%95%的定子接地绕组单相接地。可设置为报警或直接跳闸。由机端PT的开口三角电压引入，若无此电压可由三相电压输入自动合成自产零序电压，但由于其可靠性问题，只能用来报警。动作判据为： 且 即三相电压中零序电压分量大于整定值，且持续时间大于时间整定值，则零序电压保护动作。其定值整定原理：a) 动作电压按躲过电动机外部（机端电流互感器以外）该电压等级电网中任一点单相接地时的零序电压整定；b) 动作时间应该躲过外部进线接地故障的最长切除时间整定。3.1.8 低电压保护当供电母线电压降低或短时中断时，为了防止电动机自启动时使电源电压严重降低（吸收无功导致），必须在一些次要电动机或不需要自启动的电动机上装设低电压保护。通过控制字可设定保护的投退。动作判据为： 式中：为三相线电压的最大值；为低电压定值；为低电压动作时限；判断电动机是否处于合位。装置能自动识别三相PT断线，并及时闭锁低电压保护。为避免PT断线导致低电压误动，软件增加辅助判据：70V（表示三相线电压都曾稳定达到70V）和20%（表示电流突变量大于20%）。定值整定原则：a）如果为不重要的电动机，电压按避开最低运行电压及大容量电动机的启动电压整定，一般取额定线电压的（60%70%），时限比电流速断大一个时限阶段t =0.5s。b）如果为重要的电动机，低电压定值一般取额定线电压的（40%50%），PT断线应该闭锁低电压保护。时限按保证技术安全取工艺过程特点的条件整定，一般为510s（一般电压短时下降的时间小于10s）。3.1.9 过电压保护通过控制字可设定保护的投退。动作判据为： 式中：为三相线电压的最大值； 为过电压定值；为过电压动作时限；判断电动机是否处于合位。定值整定原则：一般情况下过电压定值应该大于105%的额定电压，时间应该躲过系统的电压波动带来的短时过电压。3.1.10 启动保护 装置通过面板可整定二套保护定值：a) 电动机运行保护定值b) 电动机启动保护定值电动机的启动保护包括：启动电流速断、启动负序速断、启动零序保护、启动过热保护、启动时间过长等保护。装置能够自动判别电动机的启动及运行态，通过整定电动机启动的时间，在电动机启动整定时间内，按照启动保护定值进行保护。电动机启动整定时间到后且装置判断电机已进入正常运行状态，自动改为按照电动机运行保护定值进行保护。二套保护定值的时间定值以及过热反时限保护的曲线号，则是共同的。当启动和运行定值转换时，启动保护的热积累状态可持续到运行保护状态。即运行时，热过载保护会在启动时热过载值基础上继续累计。启动整定时间内动作判据为： ； （速断保护） 或 且 ； （负序定时限保护） 或 且 ； （零序定时限保护） 或 ； （过载反时限保护）式中： 电动机启动时间过长会造成转子过热，本装置配置了启动时间过长保护。启动时间的整定按电动机的实际启动时间，即从启动到电动机转速达到额定转速的时间，考虑留有裕度，可整定为实际启动时间的1.11.2倍。电动机启动状态的判断：当电动机最大相电流从无流状态突变到10%时，认为电机进入启动状态；无流定值一般取0.20.3A。动作判据： 且 定值整定原则： a）电流定值必须小于速断保护定值，一般可以取1.52。b) 本保护是在启动时间到达后才启动，进入运行状态就退出，此时已经经过了电动机的启动时间，所以动作只需加一个很小的延时即可,一般不应超过1s。电动机启动结束后，整定值自动改为运行保护定值，由其继续提供保护。3.1.11 PT断线告警装置具有PT断线检查功能，可通过控制字投退。装置检测母线电压异常时报PT断线，并闭锁相关的保护，待电压恢复正常后保护也自动恢复正常。PT断线判据如下：a）最大相间电压小于30V，且任一相电流大于0.06；b）负序电压大于8V。满足以上任一条件认为发生PT断线，同时闭锁相关保护并延时3s报PT断线告警。PT断线消失后延时10秒返回。3.1.12 事故记录装置可记录32个事故信息。事故信息包含事故相的电压或电流和保护动作时间。3.1.13 故障录波装置可进行故障录波，便于分析事故。3.2 定值清单序号符号名称整定范围整定步长单位1电动机额定电流0.2200.01A2电动机启动时间0.0099.990.01s3过流段控制字投跳/投信/退出4过流段定值0.2200.01A5过流段时限0.0099.990.01s6过流段控制字投跳/投信/退出7过流段定值0.2200.01A8过流段时限0.0099.990.01s9负荷电流的报警整定值0.2200.01A10负荷电流报警时限0.0099.990.01s11负序过流I段控制字投跳/投信/退出12负序过流I段定值0.2200.01A13负序过流I段时限0.0099.990.01s14负序过负荷报警控制字投跳/投信/退出15负序过流II段定值0.2200.01A16负序过流II段时限0.0099.990.01s17零序电流保护控制字投跳/投信/退出18零序电流保护定值0.0220.000. 01A19零序电流保护时限0.0099.990.01s20零序电压保护控制字投跳/投信/退出21零序电压保护定值1.00120.000.01V22零序电压保护时限0.0099.990.01s23低电压保护控制字投跳/投信/退出24低电压定值1.00120.000.01V25低电压动作时限0.0099.990.01s26过电压保护控制字投跳/投信/退出27过电压定值1.00120.000.01V28过电压动作时限0.0099.990.01s序号符号名称整定范围整定步长单位29过热保护报警控制字投跳/投信/退出30过热保护跳闸控制字投跳/投信/退出31过热保护的电流定值0.2120.01A32发热时间常数199991s33启动时间过长保护控制字投跳/投信/退出34启动时间过长保护电流定值130.01A35启动时间过长保护时间定值0.001.000.01s36反时限过流保护控制字投跳/投信/退出37反时限过流电流基准值0.2200.01A38反时限过流时间常数0.001.000.01s39负序反时限过流保护控制字投跳/投信/退出40负序过流反时限电流基准值0.2200.01A41负序过流反时限时间常数0.001.000.01s3.3 保护逻辑框图HN-2001 电动机保护测控装置逻辑方框图3.4 自检功能装置具有完善的自检功能：a) 能及时发现装置失电并发出信号；b) 能自动检测到开出控制通道的损坏，并报警；c) 在装置发生内部故障时闭锁保护出口，并发装置故障信号。4 硬件说明4.1 面板说明本装置具有友好的人机对话界面，在前面板设有一个液晶显示屏、九个按键、五个信号指示灯及一个专用调试口（见图1）。图 1 装置的面板布置图4.2 信号指示灯名 称定 义颜色运行灯闪烁时表明装置正常运行；常亮时表明装置处于整定状态绿灯告警灯装置内部故障或有告警出口时，此灯点亮并保持直到装置复归红灯跳闸灯保护跳闸时此灯常亮红灯合位灯断路器处于合闸位置此灯常亮红灯分位灯断路器处于分位时此灯常亮绿灯4.3 显示说明a）主界面开机上电或系统复位后，液晶上显示装置主界面，如下图：HN2001 V4.020021018140150合 能 电 气此时可以通过左右键进入装置选项菜单屏（即主菜单屏）。b) 主菜单屏主菜单屏因选项太多故分两屏，如下图：5、设定值查看 6、统计 7、设定值修改 8、开出量调试 1、实时参数 2、开入量状态 3、开出量状态 4、事件记录 此时可通过上下键移动光标选择要查看的菜单项；选定后按确定键则进入下一级菜单；此时也可通过退出键返回主界面屏。c) 实时参数实时参数又分为：测量电流、保护电流、过载量、电压值、电度、电度脉冲计数等屏，如下图：电度脉冲M1= 0000M2= 0000直流量Dc1=00.00mADc2=00.00mA保护电流Ia = 00.00 AIb = 00.00 AIc = 00.00 A测量电流IA= 00.00 AIC= 00.00 A 此时可按左右键翻屏，分别显示各参数屏；也可按退出键返回主菜单屏。d) 开入量状态12路开入量的状态分三屏显示，每屏如下图：K05： 0K06： 0 K07： 0 K08： 0 K01： 0K02： 1K03： 0K04： 1K09： 0 K10： 1 K11： 0 K12： 1 图中“0”和“1”分别表示“未动”和“动作”。此时按左右键翻屏，分别显示实时开入量状态；也可按退出键返回主菜单屏。e) 开出量状态8路开出量的状态分三屏显示，每屏如下图：5、预告信号：动作6、事故信号：未动7、装置故障：未动8、备用： 未动1、重合闸： 动作2、命令合： 未动3、保护跳： 未动4、命令跳： 未动 此时按左右键翻屏，分别显示实时开出量状态；也可按退出键返回主菜单屏。f) 事件记录可记录32个事故，详细显示事件类型及事件时的实时参数。显示如下图：01速断Ia = 00.00 AIb = 00.00 AIc = 00.00 A I1 = 00.00 AI2 = 00.00 AI0 = 00.00 A20021018162620200Uab = 000.00 VUbc = 000.00VUca = 000.00V U0 = 000.00V事件总数：07事件号 ： 01在第一屏输入需要查看的事件序号，按确定键进入，按左右键翻屏可查看该序号事件记录的详细信息。g) 设定值查看 可查看各保护功能的投退设定、定值设定、开入量的投退设定等。下图为速断保护的屏显，其余相似。速断 投跳/投信/退出I = 20.00 AT =10.00 s 此时可按左右键翻屏并查看其余保护设置，也可按退出键返回主菜单屏。h) 统计统计分三屏显示，如下图：统计起始时间2002-10-18152025保护动作：000次最近启动数据：启动次数：000次最大电流：00.00 A启动时间：00.00 s最大电流：00.00 A最大功率：0000.0W 可按左右键翻屏查看，也可按退出键返回主菜单屏。i) 设定值修改 由主菜单进入设定值修改菜单后，显示提示“请输入密码”，按加减键变数、左右键移位，装置密码缺省为“1234”，完成后按确认键进入定值修改。按上下键移动指示光标到需修改项，按确认键确认选定，此时被选定项闪烁，按加减键改变数字或状态，按左右键移位，按确认键设定结束，光标恢复正常显示，此时按左右键进入下一屏设定，按退出键返回到“修改结束是否要保存？”屏。各屏如下图：系数微调：序号： 02 K=1.000 密码无效请输入密码请输入密码 0000同设定值查看 0000当前时间修改清除统计？清除电度、脉冲？清除微调？ 15