十二REM543保护装置在同步电机上的应用

1、论文题目：相量解析法在相量解析法在 REM543REM543 综保综保电机差动保护调试中的应用电机差动保护调试中的应用申报职称： 申报人姓名：申报人单位：论文专业： 北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 1相量解析法在相量解析法在 REM543REM543 综保电机差动保护调试中的应用综保电机差动保护调试中的应用摘要摘要：差动保护在大型电气设备上应用广泛，本文结合 ABB 公司 REM543 综合保护器介绍，就相量解析法在同步机差动保护调试上的应用进行了论述。分析了本厂同步机电机差动保护的原理，对 REM543 综合保护装置的研究和实际应用，重点对自耦变压器进行

2、了电流相量分析，相量解析式的推导。并对保护装置安装、整定及调试方面进行了阐述。通过 REM543 综合保护装置差动保护在本厂同步机上的实际应用，为电机差动保护的应用提供了一定实践经验。希望通过本文的论述对从事电气工程的安装、调试、维护及运行人员起到一定的借鉴作用。关键词关键词：相量解析 REM543 综保 差动保护 同步电机北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 2目录目录相量解析法在相量解析法在 REM543REM543 综保电机差动保护调试中的应用综保电机差动保护调试中的应用.1摘要.1关键词.1目录.2绪论.3一、一、REM543 功能说明功能说明.31.R

3、EM543 功能简要说明 .3（1）REM543 前端视图说明.3（2）REM543 内部结构简要说明 .32.各同步机控制柜相关开关量对应关系如下： .4二、同步机相关控制设备及工作原理.51.一次设备组成 .52.一次设备基本参数 .53.同步机启动过程 .64.保护的投入 .6三、REM543 差动保护在同步机上的应用.61 对自耦变压器电流向量关系的误区.62.对上述观点的纠正.83 .对公式的推论 .9四、本机差动保护原理分析.91.同步机从启动到稳定运行一次系统电流向量分析 .92 .REM543 差动保护设置分析 .93. 利用相量分析发实现 REM543 差动保护的接线实例 .

4、105.本厂同步机差动保护（Diff6G）定值 .126. 综保差动保护参数设定菜单 .13（1）模块的快速设置.13（2）功能调试.15（3）带电调试.15（4）倒相注意问题.15五、REM543 综保电机差动保护调试应用小结.16六、结束语：.16参考文献.16北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 3绪论绪论：我厂空分系统主要设备是空压机，为德国 MAN Turbo 公司产品，其驱动设备为 SIEMENS 公司生产的大功率同步机。成套设备均为进口设备，技术含量和造价高，是迁钢公司重要设备。其安全稳定运行与否，直接影响迁钢公司主流程能否顺产。为此，我厂在同步电

5、动机保护方面采用了 ABB 公司的 REM543 型电机保护装置，实现了对同步机的自动化保护功能。其中差动保护是其主保护，也是最难调试的保护。目前我厂共安装了 5 套制氧机组，前 3 套空压机电机在安装、调试差动保护时很不顺利。因对自耦变压器原理，三组 CT 接线与综保设置的误解，造成反复改线，修改设置，费了很多周折，延误了投产时间。为解决此类问题，本人通过研究 REM543 综保原理、自耦变工作原理、差动保护原，并结合实践，总结出相量解析调试法,并应用到调试中，大大缩短了调试时间，为早日投产创造了条件。一、一、REM543 功能说明功能说明1.REM543 功能简要说明（1 1）REM543

6、 前端视图说明REM543 电机保护控制装置不但有常规的过负荷、电流速断及接地保护，不平衡、超时起动、纵差保护等多种保护功能, 而且还具有与自动化系统联网的各种接口(前端的 RS232 和后端的 RS485 接口)。实现了全数字化处理 ,具有智能化故障诊断功能，能够覆盖电动机所有故障。REM543 保护装置采用数字技术完成电动机所需的各项保护、控制、监视和记录功能。REM543 前端视图如 1-1： 图 1-1（2 2）REM543REM543 内部结构简要说明内部结构简要说明REM543 综保装置安装在电源柜，采用 220V 直流工作电源，PT 母线提供 100V 交流电压，CT 采集电流模

7、拟量，用于实现计量、显示、保护功能； 本综保有 15 个模拟量北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 4输入，15 个开关量通道，功率输出有 5 个双极输出端，模拟量输出 4 个通道 在 MMI 界面输入密码,可以对功能控制块进行设置。控制信号和状态信息通过串行总线传送。CAP 505 继电器配置软件工具 REM543 内部结构原理图如图 1-2：图 1-22.各同步机控制柜相关开关量对应关系如下：COCB1: 电源柜开关位置显示 北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 5COIND1: 电源柜手车位置显示COIND3: 电源柜地刀位

8、置显示COIND4: 短接柜开关位置显示COIND5: 短接柜手车位置显示COIND7: 中性点柜开关位置显示COIND8: 中性点柜手车位置显示二、同步机相关控制设备及工作原理二、同步机相关控制设备及工作原理1.一次设备组成电源柜 HA5、短接柜 HA3、星点柜 HA2、自耦变压器、励磁柜；电源柜 CT、电机侧 CT、星点柜 CT；测控设备 REM543。电源柜 CT、星点柜 CT、电机星点侧 CT 分别采集三组电流数据进入综保，用于计量、显示、和保护。其中自耦变压器，同步机均为星型接线。一次系统如图 2-1：图 2-12.一次设备基本参数 电源柜、短接柜、星点柜断路器容量均北京市高级专业技

9、术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 6为 1600A，同步机参数为：10KV,16900KW，1500prm/min ,PF 0.97；CT 型号，C1/0.5；C2/5P20；自耦变压器参数如表-1：设备代号型号容量一次电压（V）一次电流（A）接线方式5ATT01QOSG-50000/10/50000KVA100002887/2540/2194Y,aO额定起动时间冷却方式二次电压（V）二次电流（A）额定频率55SAN8500/8000/75003396/3175/282550HZ表-13.同步机启动过程同步机启动原理：同步机启动时断路器动作有一定逻辑关系，电流流向复杂,具体

10、说明如下：为了降低电机启动时对电网的冲击，本机组采用自耦变压器降压启动，全压运行，启动时间 53 秒。 启动时 DCS 发启动指令，HA2 星点柜断路器首先合闸，自耦变三相绕组尾端通过星点柜短接，使绕组封星点。1S 后，电源柜断路器合闸，10KV 电源加到自耦变的绕组首端，自耦变压器开始工作，进行自耦降压。由抽头输出 7.5KV 电压，输送到同步机，使同步机降压启动。45S 投入励磁，51S 星点柜断路器分闸，电流由自耦变首端经串联绕组，再由抽头输送给电机，此时相当于串电抗器启动。2S 后 HA3 短接柜断路器合闸，自耦变串联绕组被短接，电流绕过自耦变压器直接输送给电机，10KV全压加到电机绕

11、组，完成启动过程。4.保护的投入同步机由启动到运行，REM543 综合保护器保护功能投入，其中 DIFF6G（差动保护）保护对电源柜到电机尾端之间的电器起到监测保护功能，其保护范围电源柜出线端，自耦变，同步机，和它们之间的电缆。一旦出现超过 100m A 的差动电流，保护马上启动 0S 跳闸。三、三、REM543 差动保护在同步机上的应用差动保护在同步机上的应用钢迁钢公司制氧厂，目前安装了 5 套空压机机组。前 3 套空压机电机在安装、调试差动保护时出了很多问题。由于安装图纸 CT 标识不清，同时对综保内设置模式不清楚及对自耦变电流向量关系的误解，导致调试摸索进行。造成反复改线，反复倒线，修改

12、设置，试车多次失败。延误了投产时间，该问题成为当时棘手问题。为彻底解决北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 7这个问题，本人通过对 REM543 综保原理的研究和自耦变工作原理，差动保护理论分析，并结合实践，总结出相量解析法用于差动保护调试，取得了良好的效果。1 对自耦变压器电流向量关系的误区调试人员对空压机自耦变压器电流相量关系有误区，以自耦变单相绕组进行电流相量分析。如图 3-3 所示：调试方认为串联绕组电流向下，公共绕组电流向下，抽头绕组电流由节点流出。 图 3-3基于该观点，由基尔霍夫第一定律得出电流相量关系为 I1=I2+I3，与单相绕组一次电流对应的

13、 CT 二次电流标注如图 3-4：北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 8 图 3-42.对上述观点的纠正通过对自耦变压器工作原理的分析，以自耦变和电机单相绕组进行分析。串联绕组，公共绕组和低压抽头连接处存在节点如图 3-5 所示。自耦变电流相量为串联绕组电流 I1 流向节点，公共绕组电流 I2 流入节点，抽头处电流 I3 流出节点提供给负载。图 3-5由基尔霍夫第一定律得，单相绕组电流相量解析式为 I1+I2=I31 此时，与一次电流对应的 CT 二次电流方向如图 3-6：所示北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 9图 3-63

14、 .对公式的推论三组 CT 在电路中的布置及极性关系，电源侧 CT1 的 S1 端、星点柜侧 CT2 的 S1 端、电机侧 CT3 的 S1 端为同极性端；其余 CT 的 S2 端为同极性端。一次电流 I1、I2、I3对应的二次电流为 i1、i2、i3。一次电流相量解析式推论如下：I1+(I2-I3)=02I1-(-I2+I3)=03对应二次电流相量解析式为：i1+(i2-i3)=0 4 i1-(-i2+i3)=05相量关系式45可以通过综保来实现。在主电路无故障情况下，公式45是成立的，一旦被保护电路内部出现故障，即出现了差动电流，公式23不再成立，对应的相量解析式45也不再成立。差动电流被

15、综保计算出来，超过整定值，立即启动保护出口，跳开断路器。我厂同步机差动保护利用三组 CT 与综保的配合来实现的，该保护是电机的主保护。四、本机差动保护原理分析四、本机差动保护原理分析1.同步机从启动到稳定运行一次系统电流向量分析（1）开始启动第一步，星点柜断路器合闸，电源柜断路器合闸，此时电流流向：电源柜出线电流即为自耦变高压进线电流 I1，自耦变星点侧电流 I2，电机电流即为自耦变抽头电流 I3，向量关系为 I1+I2=I3 （2）启动第二步，电源柜断路器合闸，星点柜断路器分闸状态（持续时间为 2S） ，相当于串电抗器启动。此时，因为星点柜断路器分闸，自耦变尾端开路，不再构成中性点。此时电流

16、分北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 10布为：电源柜出线电流即为自耦变进线电流 I1,星点柜电流 I2=0,电机电流为自耦变抽头电流 I3 由 I1+I2=I3，I1=I3。（3）第三步，电源柜断路器合闸，短接柜断路器合闸状态电源柜断路器合闸，短接柜断路器合闸，此时电机启动完毕，自耦变进线端和抽头被短接。自耦变进线端、抽头及星点柜侧电流均为 0。此时电源柜出线电流与同步机星点侧电流相等 I1=I3。2 .REM543 差动保护设置分析各采集点 CT 二次电流向量关系及分析要电：(1)根据 CT 安装的位置，明确二次端的极性。(2)二次端子极性受一次电流的影响

17、；明确三个 CT 二次电流的相量关系。(3)分析综保内部功能设置，通过分析 REM543 内部功能设置，针对差动保护有两种工作模式：其一，TYPE 对输入的两个电流向量求和，计算结果为零。其二，TYPE 对输入的两个电流相量求差，计算结果为零。通过分析可知，对于 TYPE 模式，要求进入综保的两个电流相量是反极性的，对于TYPE模式，要求进入综保的两个电流相量是同极性的。所以，接入综保的电流向量必须满足综保设置的要求。3. 利用相量分析发实现 REM543 差动保护的接线实例本综保有 6 个电流模拟量输入端口，对于本机存在的 3 组 CT 共 9 个电流模拟量组成的差动保护产生了冲突，故需要一

18、个解决方案。可采用一组电流相量直接接入综保，另两组电流相量在综保外先求和或求差，其结果再接入综保。（1） 与综保内 TYPE I 设置对应接线：根据该推论由公式 I1+（I2-I3）=0 2及对应二次相量关系式 i1+（i2-i3）=0 4实际接线时，应保证电流 i1 直接进入综保，i2 与 i3 反极性求和，实现相量求差 i2-i3，再进入综保，最后在综保内实现相量求和 i1+(i2-i3)=0。 将综保差动保护模式设定为 TYPE I，相对应的接线如下：电源侧 CT1 的 S1 端直接进入综保；星点柜侧 CT2 的 S1 端与 电机侧 CT3 的 S2 端相接，再进入综保；电源侧 CT1

19、的 S2 端，星点柜侧 CT2 的 S2 端，电机侧 CT3 的 S1 端短接再接地。接线原理图 4-1 及实际接线如图 4-2：北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 11图 4-2（2）与综保内TYPE 设置对应接线 ：根据推论公式 I1-(-I2+I3)=0 3i1-(-i2+i3)=0 5i1 直接进入综保，i2 和 i3 反极性求和实现-i2+i3 再进入综保。实现i1-（-i2+i3）=0。电源侧 CT1三相绕组 的S1 端直接进入综保，星点柜侧 CT2的S2端与电机侧 CT3的S1端连接再 接入综保。电源侧 CT1的S2端，星点柜侧 CT2的S1端，

20、电机侧 CT3的S2端短接再接地。接线原理如图4-3北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 12图 4-45.本厂同步机差动保护（Diff6G）定值保护模型如下图北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 13图 3-7参数说明：起动值 pick-up=0.1In斜率 start ratio=35%拐点 1turn-point1=0.2拐点 2turn-point2=2.0保护类型：自锁6. 综保差动保护参数设定菜单本综保不足之处，是显示界面。文本均为英文缩写，为调试及故障分析增加了难度。（1）模块的快速设置在 MMI 界面输入密码,按

21、ENTER 键，可以对功能控制块进行设置。与综保内TYPE I设置MAN MENUStatusProtection diff6g actual settingControl motstart seting group1 basic setting=10%Cond.monit nef1low seting group2 setting ratio=35%Measurement noc3low control setting turn point1=0.2*InCommunication noc3high input data1 turn point2=2.0InGeneral func noc3

22、inst input data2 inst setting=10*InTests npslow output dataInformation uv3high recorded data1aConfiguration uv3low recorded data1b 北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 14 recorded data2a recorded data2b recorded data3a recorded data3bControl setting diff6g = In use Group selection=group1 Active group=

23、group1 Trip siglal=latching Trip pulse=40ms Cbfp times=0100ms CT connection=type Test trip=do not activeTest cbfp=do not active与综保内TYPE 设置MAN MENUStatusProtection diff6g actual settingControl motstart seting group1 basic setting=10%Cond.monit nef1low seting group2 setting ratio=35%Measurement noc3lo

24、w control setting turn point1=0.2*InCommunication noc3high input data1 turn point2=2.0InGeneral func noc3inst input data2 inst setting=10*InTests npslow output dataInformation uv3high recorded data1aConfiguration uv3low recorded data1b recorded data2a recorded data2b recorded data3a recorded data3bC

25、ontrol setting diff6g = In use Group selection=group1 Active group=group1 Trip siglal=latching Trip pulse=40ms Cbfp times=0100ms北京市高级专业技术资格评审申报论文北京市高级专业技术资格评审申报论文 15 CT connection= type Test trip=do not activeTest cbfp=do not active（2）功能调试a、二次导线加入试验电流，进入菜单 input data 查电流极性，进入综保菜单，查 input data 显如下所示：

26、 Input data1Current Il1=* *In current Il2=* *In current Il3=* *In Current Il1b=* *In current Il2b=* *In current Il3b=* *InCurrent Id1=* *In current Id2=* *In current Id3=* *InCurrent Ib1=* *In currentIb2=* *In currentIb3=* *InInput data2Angle Il1-Il2=* angleIl2-Il3=* angleIl3-Il1=*Angle Il1b-Il2b=*

27、angleIl2b-Il3b=* angleIl3b-Il1b=*Angle Il1-Il1b=* angle Il1-Il2b=* angleIl3-Il3b=*input bs1=not active观察 Id 是否为零，否则，说明电路接线极性有问题。因该方法在电源柜处进行，仅保证接入综保的电流极性是否满足综保的功能设置，不能保证电机侧 CT 与星点柜 CT 接线的正确。（3）带电调试采用 380V 交流电源代替 10KV 电源模拟开机程序，观察综保内 Input data 只有Il1= Ib1、Il2= Ib2、Il3= Ib3;Id1=0、Id2=0、Id3=0 才能说明综保设定和接线基本正确。调试过程中，如果出现保护动作跳着，可以进入菜单，查看如下记录：record data1date=* -*-*Time1Recorded data1该记录项目同（2）所示,模式 II 调试同上通过记录数据分析原因，采取相应的措施。（4）倒相注意问题试车时，如果发现电机运转反向，应停机倒相，一般在短