P220电动机保护装置在石化企业的应用

摘要： MiCOM P220电动机综合保护控制装置是ALSTOM公司的综合保护装置之一，不但有常规的过负荷、电流速断及接地保护，而且还具有不平衡、超时起动及堵转等保护，比较适合作为石化企业电动机的保护。本文根据对MiCOM P220电动机综合保护控制装置的实验摸索和理论研究，在设计、安装、整定、检验及运行管理方面做出了较为详细的叙述，并提供了一些石化企业应用的数据，为该保护装置应用提供了一定的实践经验。

关键词： 词电动机 继电保护 石化企业

Abstract MiCOM P220 Motor Protection Relay, member of the ALSTOM Protection Relays’ family, has not only the common [49] THERMAL OVERLOAD, the [50/51] SHORT- CIRCUIT, the [50N/51N] EARTH FAULT, but also the [46] UNBALANCE, the [48] EXCES LONG START, and the [51LR/50S] BLOCK ROTOR protecting functions. Therefore, it is very practical in petrochemical enterprises. After the writer’s experiments and theoretical studies, this paper gives some detailed narrations in the designing, installing, setting, verifying and operating of MiCOM P220 Motor Protection Relay. This paper also provides some useful data for utilizing the relay in the petrochemical enterprises and practical experiences of the applications.

Keywords Motor, Protection Relay, Petrochemical Enterprise

引言

电动机是石化企业的主要用电设备，如何用综合保护装置在即确保平稳生产操作又要维护设备安全的基础上，对电动机的电气及机械部分进行全面地保护是电气技术人员需要认真解决的问题。

MiCOM P220电动机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，可以通过编程将投入的保护和控制功能分配至输出继电器上。利用保护装置前面板上的LED指示灯、液晶显示屏或键盘，运行人员可以获取各序电流、发热状态、运行时间等各种数据。

连接后部的RS485通讯端子，计算得到一个热映像[2]，该热映像的曲线分为三段，通过调整参数Te1、Te2及Tr可改变各段曲线参数，用这种方式可以计算定子和转子的热效应，定子绕组中的电流负序分量会在转子中感应出幅值很大的电流，这将在转子绕组中产生很高的温升。过负荷动作时间通过下式计算得到：

t = T ln [((Ieq / Iq)2 ?C qi) / [((Ieq / Iq)2 ?C qthresh)

= T ln [(K2 ?C qi) /(K2 ?C qthresh)]（1）

其中：

t—动作时间，秒；

T—热时间常数，秒；

Ieq—热等效电流值，=[I12+KeI22]开平方，其中：

I1—正序电流分量；

I2—负序电流分量；

Ke—负序电流识别因子。

Iq—过负荷整定值；

K—Ieq / Iq的比值；

qi—初始热状态值；

qthresh—过负荷报警整定值或过负荷跳闸整定值。

• 过负荷电流Iq的整定

过负荷电流整定值计算公式：

Iq = KrelIrM / IpIn（2）

式中：

Krel—可靠系数，通常取1.05～1.08，在石化企业中电动机多为防爆电动机[3]，为确保生产装置的连续运行，参考其它电动机保护装置宜取1.05。

IrM—电动机额定电流值，A；

Ip—电流互感器一次电流，A；

In—电流互感器二次侧和继电保护装置的额定电流值，A。

• 负序电流的识别因子Ke的整定

负序电流的识别因子通常取Ke = 3。

• 热时间常数Te1的整定

当热等效电流Ieq位于0和2倍的Iq之间，电动机正常运行时采用该时间常数。参照其他形式电动机保护的曲线及整定值，不仅仅考虑定子线圈，还应顾及电动机的机械故障，可取Te1 = 6 mn。

• 起动热时间常数Te2的整定

当热等效电流Ieq大于2倍的Iq时，电动机处于起动阶段或堵转时采用该时间常数。在石化企业中电动机多数均参加再起动[4]，因此，整定该时间常数时必须考虑躲过电动机热态再起动时间。当电动机负载为普通机泵时通常取Te2 = 12 mn（热态允许再起动时间约4秒）。当电动机负载为风机时通常取Te2 = 18～48 mn（热态允许再起动时间约6～16秒）。

• 冷却热时间常数Tr的整定

当电动机停止运行时采用该时间常数。根据防爆电动机的散热特性通常取Tr = 60 mn。

在石化企业中通常不采用过负荷报警功能、起动时闭锁过负荷跳闸功能、环境温度修正过负荷保护及热状态闭锁起动功能。

• 电流速断保护整定

考虑非周期电流分量方法，根据对多台电动机的实验摸索，石化企业中电动机电流速断保护功能[50/51]适用的整定值为：

I>> = 1.5KmstIrM / IpIn（3）

式中Kmst电动机起动电流倍数。tI>> = 0 ms。

• 接地保护整定

在石化企业中接地故障保护功能[51N]通常动作于信号。宜采用专用的零序电流互感器来测得接地故障产生的零序电流。对于中性点不接地系统可采用试验的方法确定整定值。在零序电流互感器一次加入电流（如0.8A），从MEASUREMENTS菜单下读出IN。接地保护整定值计算公式：

Io> = IN/Ien（4）

式中：

IN—读出电流值，A；

Ien—零序电流互感器二次电流，A。

动作时间通常为tIo> = 0.0 s。

• 不平衡保护整定

不平衡功能[46]根据测量电流的负序分量动作。考虑补偿电容器及其它电子设备影响，石化企业通常采用报警整定值I2> = 0.15IrM / Ip，延迟时间tI2> = 起动时间的120%，机泵通常为6秒，风机通常为8～16秒。

• 超时起动保护整定

石化企业的防爆电动机多数采用直接起动方式，超时起动保护功能[48]典型的整定为：

Istart等于2Iq，tIstart应于不平衡保护的整定时间tI2>相同。

• 堵转保护整定

电动机“抱轴”事故是石化企业电动机的主要事故，也是困扰石化企业电气人员的一个难题。堵转保护功能[50S]仅在电动机运行时发挥作用，如与允许再起动功能配合时典型的[51S]整定可为tIstall = 1.5秒，Istall = 2 Iq。

如不与允许再起动功能配合时，典型的tIstall整定也应于不平衡保护的整定时间tI2>相同。

在石化企业中防爆电动机安装速度开关非常困难，因此，堵转保护功能[51LR]通常不使用。

• 欠电流/负荷丢失保护整定

从电动机运行管理等方面考虑，在石化企业中不宜采用欠电流/负荷丢失保护功能[37]。

• 起动次数整定

在石化企业中电动机多为防爆电动机驱动的机泵，通常起动次数[66]整定可采用数据如下：

参考周期的持续时间Treference = 60 mn

热状态起动次数HOT START NB = 2

冷状态起动次数COLD START NB = 3

禁止重起动的延时时Tinterdiction = 20 mn

在MiCOM P220中，热状态高于50%的定义为热态模式，低于50%的定义为冷态模式。