安科瑞低壓電動機保護器在發電廠用電系統中的應用

摘 要：發電廠低壓廠用電系統使用的通常為380V系統供電，隨著社會發展發電機組容量持續增加，使得原有的單一工作段配電方式逐漸轉換成為電動機動力中心（MCC）以及低壓動力中心（PC）的方式，這給用電保護整定帶來了困難，本文針對現有供電方式下的發電廠低壓廠用電保護整定配合進行了分析，重點針對經常出現的整定配合原則進行研究。

關鍵：發電廠；低壓廠用電；保護；整定配合

一、引言

在進行繼電保護整定計算時，對于被保護設備的故障電流和故障電壓的計算是最基礎的，只要能夠準確計算上述的故障電流和故障電壓，那么后續的整定過程就比較簡單。就當前情況而言，系統保護和發電組保護都有對應的導則和規程指導操作。但是在實際運行過程中，發電廠低壓廠用電的繼電保護配置存在很多種形式，沒有統一的規范標準。對于低壓廠用電而言，有MCC電動機控制中心以及PC電動機動力中心，與PC母線相關的開關有很多，如進線開關、備用進線開關等，都是非常重要的電氣設施。已有的技術規范中已經明確規定，低壓廠變壓器必須要配置速斷保護、接地保護以及定時限過電流保護等。對于母線支路中的大容量電機及其配電線路通常都安裝帶脫扣器的開關，而其他位置的開關通常都設置為熱繼電器或者熔斷器以達到保護的目的。針對接地保護，部分設計中沒有配置零序過流保護，部分設計中則會配置零序過流保護。由于缺乏統一的標準規范，給低壓系統繼電保護的整定計算造成了極大的不便。

二、發電廠低壓廠用電系統分析

在發電廠中，對于大容量機組的廠用低壓變壓器而言，通常都是根據“暗備用”的模式進行配置，也就是同時安裝有兩臺低壓變壓器，其中一臺投入使用，另外一臺作為備用。如果其中一臺變壓修時，通過開關切換啟動備用變壓器。

通常而言，低壓電機都是通過熱繼電器或者熔斷器進行短路保護，包括接地短路和相間短路，MCC進線開關通常器出現故障問題或者需要停機檢都是通過開關脫扣器實施保護，PC進線開關通過繼電器或者開關脫扣器實施保護，分段聯絡開關同樣如此。

對于變壓器而言，在高壓側通常都會配備有速斷保護、接地保護、過流保護，在變壓器低壓側通常會配備有中性點零序過流保護，開關脫扣器通常會配備有接地保護、速斷保護、延時過流保護。

三、發電廠低壓廠用電保護整定配合分析

3.1根據低壓母線電機啟動電流的原則進行整定匹配

行業技術規范標準中已經給出明確的規定，低壓廠中使用的變壓器必須要配備電流保護，確保在發生短路問題時能夠將變壓器兩側的開關斷開，以達到保護變壓器和相關電氣元件的目的。如果變壓器同時給兩個及以上分段進行供電，那么每個分段上都應該配備電流保護。

由于低壓母線通常都不會配備低電壓保護，因此當出現母線故障時連接在母線上的電源開關都不會發生動作，此時當恢復電壓后電機就會自動啟動?；诖?，在設計母線進線過流保護時，不可以只是簡單的考慮電機啟動電流，同時考慮容量最大電機的啟動電流和正常運轉負荷電流也不符合實際情況，正確的做法應該是將所有電機啟動電流進行綜合考慮。

對于變壓器的高壓側和低壓側，在設計過流保護時考慮的因素類似，因此本文只針對低壓側的情況進行分析。通常情況下，在設計低壓側過流保護時考慮的原則就是避開低壓母線電機啟動電流，雖然該方法得到了很多的使用，然而實際上這種方法是存在一定缺陷的，因為在使用該種方法時不能與對應的熱繼電器或容電器保護特性進行很好的匹配，帶來的問題就是電機部分出現短路故障使得變壓器出現過流保護而引發越級跳閘現象。工作進線可能出現變壓器高壓母線電源慢速切換的問題，所以在設計過流保護時需要將母線電機成組自啟動現象考慮在內。為了滿足實際需要，正確的做法應該是考慮母線全部電機成組自啟動電流以及其他所有負荷電流后，還需要檢驗其與熔斷器特性之間的配合情況。

通常而言，熔斷器額定電流值為電機額定電流值的1.3–1.5倍，其熔斷特性呈現出反時限特征。當熔斷器中流過的電流值超過額定電流值1.2倍后，熔斷器能夠在0.1s的時間內熔斷。

如果電機和熔斷器的額定電流值相差較大，或者電機的電纜長度較長時，發生在電纜末端的短路電流可能還無法達到熔斷器的閾值而進入反時限特性，但是對于根據定時限進行整定的母線而言，已經超過了定時限過流，此時，進線過流保護就會出現越級跳閘現象。低壓PC端如果母線失電可能造成部分機組停電或者是負荷降低。

對于容量較大且電纜很長的電機，需要檢驗電纜末端出現短路故障時，母線進線過流保護與熔斷器特性之間的配合問題。如果兩者之間不匹配，可以采取的措施主要有加大電纜橫截面積、更換電機熔斷器為脫扣器開關等。經驗表明，當電機額定電流不超過100A，電纜長度大于150m時就需要開展上述的配合檢驗工作。當電機額定電流超過100A，則應該使用脫扣器開關進行保護。

不同保護之間延時配合的情況如下：末級負荷按照瞬時考慮，MCC進線、PC聯絡開關、PC進線開關、變壓器高壓側的短延時電流分別按照0.2s、0.3s、0.4s和0.7s進行考慮。

3.2變壓器低壓側中性點零序過流保護整定配合分析

通常情況下對于低壓變壓器都是設計成Dyn接線，將低壓側中性點進行接地，目的在于提升發生接地短路時的短路電流。所以，通常對低壓系統相間短路保護整定作為主保護，而將支線路開關脫扣器接地保護整定作為備用保護。在變壓器低壓側中性點配備的零序過電流保護劃分成為兩段，分別為零序過流反時限以及零序過流定時限。若根據定時限進行配合整定，由于低壓電機通常通過熱繼電器或者熔斷器進行保護，如果電機電纜長度較長時短路故障電流值可能無法達到熔斷器的閾值，兩者之間出現不匹配的問題。若根據反時限進行配合整定，如果電機電纜長度較長，在電纜末端出現短路故障電流時為了讓其與熔斷器特征進行匹配，需要把變壓器中性點零序過流保護設置成為反時限特性。但是此時無法達到快速切斷的要求，實踐經驗表明，支路電纜的長度如果大于100m，就無法滿足快速切斷的要求?；诖?，在設計過程中應該盡可能縮短電纜的長度。

根據定時限出口的方式切除故障的方法比較合適，但這種方法要求發生接地故障時具有足夠大的零序電流。具體措施為提升電纜以及零回路導體橫截面積，或者控制電纜長度。

3.3開關脫扣器與熱繼電器、熔斷器特性配合分析

通常而言開關脫扣器具有長延時動作特征，該特征與熔斷器相同，因此其在匹配時需要從動作門檻方面著手。如果熱繼電器或熔斷器設置在末級支路中，進線開關脫扣器只能整定出短延時接地段和過流段，只有在電纜長度足夠長時才能夠整定出瞬時段。對于瞬時段和短延時段，其整定原則類似變壓器過流保護。接地段與熱繼電器或熔斷器通常情況下是匹配的，如果不匹配則可以優化零序阻抗的方法進行匹配，而不應該通過增加延時的措施進行匹配。咨詢熱線電話：172-6975-8633

四、ARD系列電動機保護器產品選型介紹
ARD智能電動機保護器適用于額定電壓至660V的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。該產品采用分體式結構，由主體、顯示單元、互感器組成，可適應各種柜體的安裝?？蛇x配不同通訊模塊適應現場通訊需求。

4.1、功能特點

■支持基波和全波電力參數測量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電流及電流不平衡度、電流正序、負序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。

■保護功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數限制、運行時間報警、故障次數報警。

■9路可編程DI輸入，默認采用內置DC24V電源，也可選擇外部有源濕接點。

■5路可編程DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，等多種起動方式，可通過通訊總線實現主站對電動機的遙控“起/?！?。

■可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動、失壓重起動。

■可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUSDP通訊，支持最多2路通訊接口。

■可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口，與DCS系統相接，可實現對現場設備的監控。

■具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄。

■顯示界面液晶顯示，支持中/英文切換。

4.2型號說明

注：保護器電流規格為 1、5 時，接收主回路互感器二次側 1A、5A 信號，主回路互感器客 戶自備。保護器電流規格為 1.6、6.3、25、100、250、800 時，保護器自配互感器，使用自
配互感器測量電機回路電流。

注：1、ARD2/ARD2L 標配電流測量功能和兩路繼電器輸出 DO1(95、96)，DO2（97、98）
2、標配 15、16 兩路開關量輸入，選配 K 功能后提供額外的 6 路開關量輸入 17-22 及 1 路繼電器輸出 DO4（11、12）；選配 J 功能多 1 路可編程繼電器輸出 DO3（9、10）。

4.3、產品選型

五、結束語
對于低壓過流保護而言，不應該只是簡單的根據母線電機啟動電流完成整定匹配，在考慮母線全部電機成組自啟動電流以及其他所有負荷電流后，還需要檢驗其與熔斷器特性之間的配合情況。對于變壓器低壓側中性點零序過流保護而言，需要考慮其余熱繼電器或者熔斷器特征的整定配合問題。

參考文獻：

[1]王庭文.發電廠低壓廠用電保護整定配合分析
[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.

[3]GB14048.4-2020低壓開關設備和控制設備第4-1部分：接觸器和電動機起動器機電式接觸器和電動機起動器(含電動機保護器).

審核編輯 黃宇