关于石化企业6kV异步电动机保护整定的实践与思考

关于石化企业 6kV异步电动机保护整定的实践与思考

李志民

天津石化电仪中心 天津市滨海新区（大港） 300270

摘要:石化企业中,电动机是生产流程中必不可少的设备，在工艺生产中有着关键作用,保护装置准确快速对电动机的不正常状态做出反应，快速动作，不仅能够起到保护电动机作用，更能够避免电动机长时间不正常运行可能对装置生产造成的冲击，为此，电动机保护整定自然成为继电保护专业的一项重要课题。本文通过某石化企业设备大修期间的工作实际出发，总结实践经验，对6kV异步电动机保护整定进行论述，以期为从事相关工作人员提供一定参考借鉴。

关键字：电动机；保护；石化企业

1 引言

某炼化企业在检修改造中，对原有一批老旧电动机保护装置更新为西门子7SJ686及ABB REM615系列。原有的保护配置上，仅选择速断保护、过流保护、低电压保护、接地告警及磁平衡差动保护五种，并且整定计算值灵敏度较低，对电动机的全过程保护效果不突出，为此在充分研究分析的基础上，改造后的保护配置采用了速断保护、过负荷保护、启动时间过长保护、堵转保护、低电压保护、单相接地保护告警及磁平衡差动保护相结合，以实现电动机的可靠保护。

2 整定计算及思考

1.电流速断保护

在电动机上都必须装设相间短路的保护作为主保护，因电动机在供电系统的末端，不必考虑动作时限配合问题^[1]。电动机的速断整定按照如下公式：

………………………………（1）

……………………………………（2）

K_rel—可靠系数，取1.3；

K_con—接线系数，接于相电流取1，接于相电流差取 ；

K_st—电动机启动电流倍数；

I_Rm—电动机额定电流，A；

n_TA—电流互感器变比；

K_sen—灵敏系数，要求大于1.5；

I_k2,min—最小运行方式电动机接线端两相短路时流经保护装置的电流初始值，A。

关于启动电流倍数，可在电动机出厂试验报告中获得。在无法获得出厂试验报告情况下，根据启动电流为额定电流的5—7倍,瞬时冲击电流为额定电流的10—15倍的参考^[2]，启动电流倍数可按照表1估算：

表1 电动机启动电流倍数

在速断的时限上，应可靠躲过电动机瞬时冲击电流的时间。为此在保护改造中，采用时限为两个周波左右的时限方案,即50ms。

2.过负荷保护

过负荷保护是保证电动机正常运行的重要保护，通常分为定时限及反时限两种，根据经验和国内通用情况，过负荷倍数与允许的时间呈现反时限状态^[3]。为此在保护整定中，本次采用反时限用作电动机的过负荷保护，并在允许启动时间内进行闭锁，降低误动风险，其电流整定公式如下：

…………………………………（3）

K_rel—可靠系数，取1.1；

K_con—接线系数，接于相电流取1，接于相电流差取 ；

I_Rm—电动机额定电流，A；

K_r—返回系数，根据保护说明书，取0.95；

n_TA—电流互感器变比。

在曲线的选择上，充分考虑生产负荷的重要性，以及电动机晃电及再启动的可能，因此选择如下：

500kW以下为IEC Normal inverse(4)，时间常数Tp =0.8；500kW及以上为IEC Very inverse(5)，时间常数Tp =1.2。

………………………………（4）

…………………………………（5）

3.启动时间过长保护

电动机启动时间过长保护能够防止电动机启动时堵转、卡涩、异常带载等非正常工况，超过正常启动时间致电动机绝缘损坏的一种保护措施^[4]。随着技术及信息化的演进，电动机远程操控也变得更加普遍，启动时间过长保护正变得越来越重要，电流值可按照如下整定：

…………………………………（6）

K_rel—可靠系数，取1.05；

K_con—接线系数，接于相电流取1，接于相电流差取 ；

I_Rm—电动机额定电流，A；

K_r—返回系数，根据保护说明书，取0.95；

n_TA—电流互感器变比。

而设置该保护最为关键的即电动机起动时间，起动时间与负载情况关系紧密。根据实际经验，在工艺操作中，通常启动高压电机时会将机泵入口阀设置较低的开度，待电动机转速稳定后，在逐步提升负荷，因此，在电动机的启动时间问题上，采用了下表进行设置：

表2：各类电机（不含关键进料泵、风机类）允许启动时间

表3：关键进料泵、风机类允许启动时间

4.低电压保护

低电压保护根据电动机在工艺中的重要性不同，分别设置0.5s和9s两个等级，电压值设置为65%Un。

5.堵转保护

电动机呈现堵转工况时，定子电流将超过额定电流，同时转速低于额定转速，定子电流随负载转矩或输出功率增大而增大^[5]。堵转保护能够对电动机运行过程中出现的异常状况进行监测。结合电动机可能出现晃电情况，堵转采用3倍额定电流整定，时限3s，并在电动机允许启动时间内可靠闭锁。值得注意的是，对于低电压9s再启动电机，堵转不宜设置，防止再启动失败，对关键的工艺生产环节产生影响。

6.单相接地保护告警

6kV电网通常为中性点非直接接地系统，电动机应设置接地保护告警，用于反应电机的接地异常，可按照如下公式整定：

……………………………………（7）

I_C∑—电网总单相接地电容电流，A，计算可参照工业与民用供配电手册（第四版）；

I_CM—电动机电容电流，A，除大型同步电动机外，可忽略。

本次经计算分析，采用I_OP为5A，时限0.5s的方案，实现单相接地保护。

7.磁平衡保护

磁平衡式差动保护通常配置在2000kW以上的电动机中，是利用磁平衡原理实现差动保护的一种方法，相对于传统的纵联差动保护，磁平衡式能够可靠反应电动机定子绕组的相间短路故障、接地短路故障，及时切断电动机电源。因电动机在启动过程中不会在磁平衡差动中产生不平衡电流，可仅考虑躲过外部单相接地形成的不平衡电流，根据工业与民用供配电手册（第四版）内容^[6]，将整定电流值定为15%电动机额定电流，时限0s。

3 结语

保护装置改造升级后，各项保护功能均可靠投用，并经过长周期电机试运及实际运行的检验，电动机均保持了平稳运行，并对一台急冷油排放排出泵启动过程流量阀门开度过大，负载超额定值的情况正确动作，保护了电动机，避免电机不正常运行造成装置生产波动，达到了预期效果。

参考文献

[1] 张励. 10kV高压电动机的保护整定[J]. 农村电工, 2018, 026(004):39-40.

[2] 王战武. 电气产品在电动机控制与保护中的应用[J]. 现代建筑电气, 2019, 10(02):56-60.

[3] 吕英,商锡瑞,李斌. 继电保护技术与应用[M]. 中国石化出版社，2014:138-139.

[4] 武彦诚. 低压电动机保护装置定值整定及应用[J]. 电工技术, 2019(18):142-144.

[5] 王旅. 异步电动机堵转保护整定探讨[J]. 电气技术, 2016, 17(9):129-131.

[6] 刘屏周,卞铠生,任元会,姚家祎,丁杰. 工业与民用供配电手册（第四版）[M]，2016:587-590.