SZP-3482D数字式同步电动机保护装置

一、概述

SZP-3482D数字式电动机后备保护装置，用于 3-10KV 电压等级高压同步电动机保护测控，可在开关柜就地安装。

保护功能配置

l       电流速断保护

l       过电流保护

l       零序接地保护

l       负序过电流保护

l       过热保护

l       低压保护

l       低周保护

l       非同步冲击保护

l       失磁保护

l       失步保护

l       非电量保护

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       断路器遥控分合

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

l       2路脉冲输入

l       1路GPS对时

二、保护原理说明

2.1 启动时间元件

  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。

                            同步电动机起动电流特性

2.2、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： <Ka<1。热报警可整定为热积累跳闸的（60～99.9）％，装置提供实时热积累值显示，告光指示和信号接点输出。 

    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。

2.3、非同步冲击保护

对不允许非同步冲击的大容量同步电动机可采用逆功率元件或低功率元件作为非同步冲击保护。低功率保护适用于母线上没有其它负荷的情况，低功率保护由开关位置接点闭锁，TV 断线时可闭锁非同步冲击保护。逆功率元件和低功率元件由“功能选项”控制字中的“非同步冲击保护”选择。非同步冲击保护可动作于再整步回路或跳闸。

2.4、失磁保护

采用异步边界失磁阻抗圆作为主判据，另加负序电压闭锁共同构成同步电动机的失磁保护，负序电压闭锁可由“压板投退”控制字中的“负序闭锁失磁”投退。在电动机起动和 TV 断线时闭锁失磁保护，失磁保护可以在电动机起动完毕时自动投入，也可由压板或外部接点控制投入，若采用压板或外部接点控制投入，则必须将“功能选项”控制字中的“失磁投入方式”选为“手动”。

2.5、失步保护

以检测同步电动机功率因数角为主判据，同时加其静稳边界曲线及低电流闭锁共同构成同步电动机的失步保护，静稳边界判别及低电流闭锁功能可分别由“压板投退”控制字中的“失步静稳判据”和“低流闭锁失步”来投退。在电动机起动和 PT 断线时闭锁失步保护，失步保护可以在电动机起动完毕时自动投入，也可由压板或外部接点控制投入，若采用压板或外部接点控制投入，则必须将“功能选项”控制字中的“失步投入方式”选为“手动”。失步保护可动作于再整步回路或跳闸。

2.6、速断保护

作为电动机绕组及引出线发生相间短路时的主保护。当机端（电源侧）相电流值大于整定电流时，保护瞬时动作于跳闸。

速断保护电流整定值包括电动机起动时的速断电流定值 Isdq和运行中的速断电流定值 Isd，Isdq可按躲过电动机在额定负荷下的起动电流来整定，即：Isdq=kk×Iqd（式中：kk-系数，可取为 1.3，Iqd-电动机的起动电流）；Isd可按躲过区外短路故障时流过电动机的电流来整定，一般可取为Isdq的一半，即 Isd=0.5×Isdq。

当电动机起动时，速断电流定值自动设定为 Isdq，当电动机起动完毕，速断电流定值自动设定为 Isd，这样，既可防止起动过程中因起动电流过大引起的误动，同时还能正常运行中保护有较高的灵敏度。 速断保护设有一段延时，当延时整定为 0 时，即为瞬时动作。若电动机采用熔断器-高压接触器（F-C）回路控制，则保护可经设定的延时跳闸以躲过熔断器熔断时间。

2.7、 过负荷保护

过负荷保护设二段延时 t1 和 t2，当相电流大于整定值时，经延时 t1 发过负荷告警信号，经延时 t2 动作于跳闸。

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。

2.8、堵转保护

当电动机转子处于停滞状态时（滑差 S=1），电流将急剧增大而造成电动机的烧毁事故。可引入电动机转速开关信号和正序电流共同构成堵转保护，其中，电动机转速开关信号可由“压板投退”控制字中的“转速开关接点”投退，转速开关接点由端子 X4:5 接入。

堵转保护还可作为短路的后备。

堵转保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。若在电动机起动过程中发生堵转，长起动保护会动作，虽然动作时间可能大于允许的堵转时间，但考虑到堵转前电动机处于冷却状态，允许适当延长跳闸时间。

2.9、接地保护

零序电流一般由专用零序电流互感器取得，若装有三相 CT，也可由三相电流之和求得。装置采用

以下三种判据供用户选择：

判据 1（零序电流判据）：适用于接地故障电流较大的系统。

①3I0＞I0zd；

②时间延时到。

零序电流定值可按躲过电动机外部单相接地时的零序基波电流整定。如零序 CT 变比不明确，可在

零序 CT 原边通入接地电流，监视副边的测量值即可作为整定值。

判据 2（零序方向判据）：适用于中性点不接地或经高﹑中电阻接地的系统。

①采用零序电流启动，即 3I0＞I0zd经 100ms 延时确认；

②满足 90°\\u65308Xarg（3U 0╱3 I 0）＜180°\\u12290X

③时间延时到。

判据 3（零序有功判据）：适用于中性点经消弧线圈接地的系统。

①采用零序电压启动，即 3U0＞U0zd，经 1s 延时确认；

②以本母线基波零序电压 3U0 为基准，计算被测元件的零序有功 P0，若︱P0︱≥P0zd则发生接地故障，若︱P0︱＜（0.2～0.3）P0zd则未接地。

③时间延时到。

其中，︱P0︱为零序有功的绝对值；P0zd＝0.5×PL，PL为消弧线圈有功损耗。

用户可通过“功能选项”控制字中的“接地保护判据”选择一种判据作为保护判据。

为提高接地保护的度，本装置采用了高精度的零序电流互感器，装置零序 TA 额定电流在 1A

以下，请勿长时间输入大电流以免损坏变流器。

2.10、负序过流

负序电流保护主要针对各种非接地性不对称故障，如：电动机发生某相断相时，负序分量的大小因故障前的负荷率而不同，负荷率大于0.7时，健全相才能引起过电流，因此常规保护不能保护不对称故障。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，极端反时限动作方程为： 

        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：整定值部分反时限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）。

2.11、低压保护

当供电母线电压短时降低或短时中断时，为防止电动机自起动时使电源电压严重降低，须在一些次要电动机或不需自起动的电动机上装设低电压保护。当相间电压均低于整定电压，保护经整定的延时动作。低电压定值可按躲过电动机起动时的电压整定。低电压保护可经无流闭锁﹑TWJ 位置闭锁和 PT 断线闭锁，分别通过“压板投退”控制字中的“无流闭锁低压（保护）”﹑“跳位闭锁低压（保护）”和“PT 断线闭锁（相关保护）”投退。为防止现场操作 TV 回路时低电压保护误动作，可将装置面板上的低压保护投退开关拨到退出位置。 

2.12、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。

当相间电压均大于整定电压，保护经整定的延时动作。

2.13、逆功率保护

若电动机向近处短路点送出的逆功率可能对系统造成危害时，须装设逆功率保护。

当装置检测到电动机吸收的有功功率为负时，经整定的延时动作。

逆功率保护可经 TV 断线闭锁，通过“压板投退”控制字中的“TV 断线闭锁（相关保护）”投退。

2.14、低周保护

当频率低于整定值时，保护经整定的延时动作。低周保护由“压板投退”控制字决定是否经低电压

闭锁和滑差闭锁。当电动机起动或不在运行状态时，低周保护自动退出。

2.15、热过载闭锁（合闸回路）

当电动机由运行到停机时，如果此时电动机的热含量大于 kb×\\u964X，则闭锁合闸回路，即闭锁继电器 BSJ 动作断开合闸回路，以防止在短时间内重新起动而造成电动机过热。当热含量小于 kb×\\u964X时，则自动解除闭锁。其中，kb 为闭锁系数，其取值范围为：（Ie/I∞） 2＜kb＜1。

连续按二下“复归”键，热含量自动清零，供需紧急起动和试验时使用。

2.16、连续起动闭锁（合闸回路）

电动机起动结束后，装置开始闭锁合闸回路，即闭锁继电器 BSJ 动作断开合闸回路，直至整定的延时为止，以防止无时间间隔连续起动造成电动机严重过热。

如果起动电流大于 112%Ie，则在起动电流下降到 112%Ie 时闭锁合闸回路。

如果起动电流小于 112%Ie，则到达允许的起动时间 Tstart 时闭锁合闸回路。

如果起动过程非正常中止（如保护动作、手跳），则在中止时刻闭锁合闸回路。

2.17、非电量保护

本装置必须和外接光控继电器配合。从电动机本体来的非电量接点，经光控继电器转换为24V信号后，输出信号至装置的开关量输入端子。接收到非电量信号后，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。

2.18 数据记录

功能同SZP-318D。

2.19、遥信、遥测、遥控功能

功能同SZP-318D。