高压电动机微机综合保护装置的原理与使用

高压电动机微机综合保护装置的原理与维护WGB系列微机综合保护测控装置是许继集团推出的功能完善技术先进的电力系统用综合保护产品，广泛适用于35kV及以下各电压等级的线路、变压器、厂用变、电动机、电容器、电抗器等电力系统或设备的测控与保护。该系列产品中的WGB-151N、WGB-152N和WGB-153N型电动机保护器，则主要应用于10kV及以下各电压等级的电动机保护，可以直接安装在高压开关柜上。本文以此产品为例，介绍综合保护装置的的主要功能、应用及维护方法。一、装置功能简介及主要特点保护功能配置WGB-150N系列电动机微机综合保护装置共分三种型号：WGB-151N、WGB-152N和WGB-153N。各型号保护器的保护功能配置见表1。表1各型号保护器的保护功能配置表型号功能配置WGB-151NWGB-152NWGB-153N装置交潴输入电流保护Ia，Ic,3IoIa1，Ic1,Ia2，Ic2,3IoIa,Ib,Ic,3Io测量IA，IC电压Ua,Ub,UcUa,Ub,UcUa,Ub,Uc启动时间过长保护VVVI、II段定时限过流保护VVV负序电流保护VVV零序电流保护VVV过负荷保护VVV过热保护VVV过电压保护VVV低电压保护VVV差动速断保护V比率差动保护VCT断线检测V控制回路异常告警VVVPT断线检测VVV跳位异常告警VVV装置故障告警VVV

遥信、遥控及遥测VVV注：表中标注符号""”，表示具有该项功能主要特点装置采用工业级RS-422、RS-485或LonWorks总线网络，组网经济、方便，可直接与微机监控或保护管理机联网通信。装置采集并向远方发送状态量、模拟量，遥信变位优先发送。装置能通过通信上传故障报告，进行对时、定值调用和修改、定值区切换、合闸、跳闸等操作。装置包含完善的操作回路。二、装置的功能原理电动机起动过长保护本保护能自动识别电动机起动过程，当整定的起动时间到达后，电动机的任一相电流仍大于额定电流的105%时，起动过长保护动作。动作方式有告警和跳闸两种选择。两段式定时限过流保护装置设有两段式定时限过流保护，由压板选择投退。I段为电流速断保护，用于电动机短路保护。电动机起动过程中，保护速断定值自动升为2倍的速断整定电流值，以躲过电动机的起动电流；当电动机起动结束后，保护速断定值恢复原整定电流值，这样可有效防止起动过程中因起动电流过大而引起误动，同时还能保证运行中保护有较高的灵敏度。II段为过流保护，为电动机的堵转提供保护°II段保护在电动机起动过程中自动退出。其保护原理如图1所示。图中横线以下的图形符号在本图或以后各图中会经常使用，这里给出了其名称，供读图参考。其中的连接片（压板）是一个可方便投入或退出保护的接插件，用于硬件方式的保护投退，图1左上角的“保护投退”是软件方式的投退。本文以下各图中的保护均可实现硬件和软件投退。跳闸电痂定值IbA电流定信电疏定值保护动作跳闸电痂定值IbA电流定信电疏定值保护动作【中央信号）负序电流保护当电动机三相电流有明显不对称时，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。装置设置负序电流保护，分别对电动机反相、断相、匝间短路以及较严重的电压不对称等异常运行情况提供保护。负序电流保护原理如图2所示。

负序电流保护投/■退Ifx＞负序电流保护投/■退Ifx＞电流定值-__负序电流信号—显示、远传）一 保护动作＜中央信号）零序电流保护一装置设有零序电流保护功能，可选择动作于跳闸或告警。其保护原理如图3所示。零序跳闸投/■退一一③零序电流告答信号一^【显示、远传）保护异常零序跳闸投/■退一一③零序电流告答信号一^【显示、远传）保护异常＜中央信号）跳闸善序电流跳闸信号c显示、远传）__保护动作—〔中央信号）过负荷保护装置设有过负荷保护功能。过负荷保护可选择动作于跳闸或告警。其保护原理如图4所示。过热保护过热保护主要为了防止电动机过热，考虑了电动机正序电流和负序电流产生的综合热效应、热积累过程和散热过程。过热预告警：过热预告警由控制字进行投退，当热积累值达到热跳闸值的75%时发过热告警信号。过热保护跳闸后，不能立即再次起动，等散热结束后方可再次起动。在需要紧急起动的情况下，可按住装置面板上的“田”键2秒钟进行热强制复归。低电压保护当电源电压短时降低或短时中断时，为保证重要电动机自启动，要断开次要电动机，这就需要配置低电压保护。低电压保护原理如图5所示。电压互感器二次额定电压为100V，图5中将线电压Ub^10V作为判定“电压短时降低或中断”的条件。图中的“HWJ”是合闸位置继电器，使用该继电器常开接点的意义是，只有电动机在合闸位置时才可能起动低电压保护。

-QZD~— 跳闸低电反跳闸信号 （显示、远作）保护动作C中央信号）过电压保护保护动作C中央信号）过电压保护投/退YZD_■ 跳闸低电压跳闸信号 一^过电压保护投/退YZD_■ 跳闸低电压跳闸信号 一^C显示、远传）一一 保护动作♦（中央信号）差动速断保护（WGB-152N）差动速断保护功能，在电动机内部严重故障时快速动作。任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。在电动机起动过程中，保护动作延时120ms，以躲过电动机起动过程中瞬时暂态峰值电流，提高保护可靠性；起动结束后，保护无延时。比率差动保护（WGB-152N）比率差动保护是电动机内部故障的主保护，能保证外部短路不动作，内部故障时有较高的灵敏度。比率差动保护在电动机起动过程中，延时120ms保护，以躲过电动机起动过程中瞬时暂态峰值电流，提高保护可靠性；起动结束后，保护动作无延时。电流互感器（CT）断线检测（WGB-152N）在任一相差动电流大于0.1IN时启动CT断线判别程序，满足下列条件时认为CT断线。CT断线后发告警信号。本侧两相电流中一相无流；对侧本相电流与起动前相等。控制回路异常告警装置采集断路器的跳位和合位，当控制电源正常、断路器位置辅助接点正常时，必有一个跳位或合位，否则，经2S延时报控制回路异常告警信号。控制回路异常告警原理如图7所示。

电压互感器（PT）断线告警装置检测到PT断线延时发出告警信号，在母线电压恢复正常（PT二次额定电压为100V，这里的“母线电压恢复正常”是指线电压均大于80V）后，保护返回。其原理如图8所示。以断螃投爬_FT断线告警以断螃投爬_FT断线告警—（显示、远隹）跳位异常告警装置检测到跳位有开入（关于开入或开入量的定义，下文将有介绍）且有流时，经延时报跳位异常告警信号，告警继电器动作。装置故障告警保护装置的硬件发生故障，装置的LCD可以显示故障信息，并驱动装置异常继电器发告警信号，同时闭锁保护。遥信、遥控及遥测功能遥信、遥控及遥测可以实现下列功能：遥信：各种保护动作信号及断路器位置等开入量信号。遥控：远方控制跳合闸、调（修改）定值等。遥测：电流、电压、频率、有功功率、无功功率。通信功能可直接与微机监控或保护管理机通信，通信接口可选用RS-422、RS-485或LonWorks。通信规约可选用Q/XJ11.050-2001许继通信规约、IEC60870-5-103国际标准通信规约或MODBUS通信规约。三、定值清单及动作信息说明定值范围及说明所谓“定值”，即由使用人员设置的装置可执行的运行参数。该保护装置可存贮10套定值，对应的定值区号为0〜9。装置运行时可选择使用任意一套定值。对于上述各种保护功能，无须使用的应设为“退出”，使用的设为“投入”，这些保护功能的投退都可在定值清单中设置。相关的电流、电压及时限等定值均应在定值清单中进行整定。定值设置的方法因为篇幅过大，此处从略。具体操作可参阅产品说明书。WGB-150N系列定值清单见表2。表2WGB-150N系列定值清单定值种类定值项目整定范围整定步长

定值种类定值项目整定范围整定步长1.起动时间过长保护电动机额定电流(IN)0.1In〜4In0.01A起动时限0.1s〜60s0.01s起动过长跳闸投入或退出2,过流I段保护过流I段压板投入或退出过流I段定值斥〜15In0.01A过流I段时限0s〜9.99s0.01s3.过流II段保护过流II段压板投入或退出过流II段定值0.4【N〜10IN0.01A过流II段时限0s〜9.99s0.01s4.负序电流保护负序电流压板投入或退出负序电流定值0.1In〜4In0.01A负序电流时限0s〜9.99s0.01s5.零序电流保护零序电流压板投入或退出零序电流定值0.02A〜12A0.01A零序电流时限0s〜9.99s0.01s零序跳闸投退投入或退出6.过负荷保护过负荷压板投入或退出过负荷定值0.2In〜4In0.01A过负荷时限0s〜100s0.01s过负荷跳闸投退投入或退出7.过热保护过热保护压板投入或退出发热时间常数1min〜100min1min负序发热系数3〜100.01散热系数1〜4.50.01过热预告警投入或退出8.低电压保护低电压压板投入或退出低电压定值10V〜100V0.01V低电压时限0s〜9.99s0.01s9.过电压保护过电压压板投入或退出过电压定值100V〜120V0.01V过电压时限0s〜9.99s0.01s10.差动速断保护(WGB-152N)差动速断压板投入或退出差动速断定值0.1A〜15IN0.01A'11.比率差动保护(WGB-152N)差动保护压板投入或退出最小动作电流0.1In〜0.9In0.01A最小制动电流0.1】n〜2IN0.01A制动系数0.1〜0.90.0112.CT断线检测(WGB-152N)CT断线压板投入或退出13.PT断线检测PT断线检测压板投入或退出动作信息及说明保护装置运行中发生动作或告警时，将动作信息显示于LCD,同时上传到保护管理机或当地监控。

保护动作后，如有多项信息需要显示，则这些信息交替显示。保护动作后如不复归，信息将不停止显示，复归方式为按住装置面板上的“日”键2秒钟。另外，动作信息自动存入事件存贮区，事件存贮区记录最后发生的20次事件，且掉电不丢失。四、装置接线装置的接线图该装置在高压电动机起动柜中与断路器的配合参考接线见9。装置的接线端子安排在机壳背部，具体排列见图10。-DYM-KMT1DK1RDWGB-150NLDK2RDKRn2S9EKK©©■i^iFTJ-1高压柜机御KQ装置电源:空制回路防跳电源手动台闸HBJ-1OJ-1tHBJ

11T.合闸

自保持LP2LP1合闸压板启动含闸遥控合闸n43TJ-2TBJ-1IX--[TBJ2^ 1DLTQ-DYM-KMT1DK1RDWGB-150NLDK2RDKRn2S9EKK©©■i^iFTJ-1高压柜机御KQ装置电源:空制回路防跳电源手动台闸HBJ-1OJ-1tHBJ

11T.合闸

自保持LP2LP1合闸压板启动含闸遥控合闸n43TJ-2TBJ-1IX--[TBJ2^ 1DLTQ跳闸压根保护遥控跳闸启动跳闸手动跳闸跳闻自保持曲JS西TWJS本n46CZ &□451=1 &O__ ]—I (QyS! 3注:寡为切换开关IULLFW为连接片I

瓯为复位式:控制开关，KR为电源滤波富DL合位监视跳位监视启动绿灯启动红灯31告警1124V+31告警1124V+32告警1224V-33异常13闭祯遥控投切34异常14远方/就地35跳闸信号15开入536跳闸信号16弹簧未陆能r—137合闸信号17开入711la138合闸信号18起动结束12IaJL.39+KM19TXD+113Ic140去合闸回路20RXD+14IcJ141手动台闸4T跳闸压极21TXD-15IA1142夫跳闸回路48台闸压板£2RXD-11F.IU1143手动跳闸2723Ua11TIC144-Hll£8220V+24Ub18icJ145跳位监视£9FGNII25Uc119310146合位监视30220V-26Un1103I0J1L—JWGB-151NYGB-152NWGB-153N1lalaila2IaJlafIaJ3IcIcllb4IcJIclJIbJ5IAIAIc6WIcJ7IcIc3108icJicJ3I0J9310310103I0J3I0J1-10#^子在不同型号中的差异接翳⑩装置工作电源端子28、30为装置电源输入端，电源为直流时，28接正极性端，30接负极性端，为交流时不分极性；端子29为装置屏蔽接地端子。保护或测量的交流电流及电压输入交流电流输入：WGB-151N:端子1、2、3、4分别为A相、C相保护电流输入；端子5、6、7、8分别为A相、C相测量电流输入；端子9、10为零序电流输入。WGB-152N:端子1、2、3、4分别为机端A相、C相电流输入；端子5、6、7、8分别为中性点侧A相、C相电流输入；端子9、10为零序电流输入。WGB-153N:端子1、2、3、4、5、6分别为A相、B相、C相保护电流输入；端子7、8为零序电流输入。交流电压输入：端子23、24、25、26分别为Ua、Ub、Uc、Un相电压输入。开入量及开入电源微机保护装置里的开入量和开出量是技术术语，指的是继电器接点的闭合或断开状态，它是不带电源的空接点。具体来说，输入到微机保护装置里的开关状态就是开入量，而微机保护装置中CPU控制单元发出指令时，继电器接点的闭合或断开状态输出到外部设备上的就是开出量。微机保护装置接收外部接点开关状态的端子称作开入端子，开入端子通过接收外部接点开关状态，控制内部电路是否构成通路，有信号时通路形成，继电保护装置就采集到这些开入信号。本装置自产的+24V电源电压从图10中的11号端子接出，是装置的开入电源。装置共8路开入，具体说明如下：13（号端子）为闭锁遥控投切开入端子；14为远方/就地（接入时为就地）开入端子；16为弹簧未储能开入端子；18为起动结束开入端子（调试用）；15、17为备用开入端子（用户可自己定义）。另外装置还有两路内部开入，即45跳位监视、46合位监视，可参见图9。开入连接时须接装置自产的+24V电压。例如需要接入弹簧未储能开入信号时，将弹簧未储能的常闭接点，一端接11号端子即+24V电源，另一端接16号开入端子。信号及控制回路端子端子31、32为保护告警出口空触点；33、34为装置异常告警出口空触点（该触点为一副动断触点，失电时作电源消失告警用）；35、36为跳闸信号继电器出口空触点；37、38为合闸信号继电器出口空触点；40端子接断路器合闸线圈；42接断路器跳闸线圈。41为手动合闸端子，48为装置合闸压板端子，端子41、48间接一连接片作合闸硬压板，参见图9。43为手动跳闸端子，47为装置跳闸压板端子，端子43、47间接一连接片作跳闸硬压板，参见图9。39、44为+KM、-KM，该操作电源可交直流两用。接直流时注意区分正、负极。通信端子RS-422：端子19、20、21、22分别为TXD+、RXD+、TXD-、RXD-；RS-485:端子19、20短接，作为data+；21、22短接，作为data-；LonWorks：19为A,20为B,21、22不接线。五、调试及异常处理说明检查程序校验码在“检查”菜单下的“程序”子菜单中，可查看程序的校验码。如果程序的