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-0-技术论文P220保护在高压电机保护中的应用梅金宏二○○七年十月-1-P220保护在高压电机保护中的应用炼油厂电修车间梅金宏[摘要]MiCOMP220是阿尔斯通公司推出的一种微机电动机保护装置，MiCOMP220是专门为电机保护开发的微机型继电保护装置，它为电机提供全面的保护以及用户所关心的监视、控制功能。它的综合功能使之能方便地适用于不同种类的电机，不同的驱动负载以及与用户有关的处理过程。MiCOMP220可保护并控制应用于水泵、风扇、磨、压缩机、粉碎机、皮带传输机等中的各种电机。它适用于所有工业领域：如石油、化工、冶金、玻璃及水泥、造纸、机电、食品、采矿等；亦可用于水处理，泵站以及火电厂等。MiCOMP220电动机保护终端用于保护中等容量接触器控制电动机和断路器控制电动机。本文结合电动机保护终端MiCOMP220为例介绍了微机电动机综合保护装置的工作原理，功能特点，系统分析了MiCOMP220保护在我厂真空断路器控制的高压电动机二次控制保护回路中的实际应用，将系统多种保护如何用微机实现，如何进行日常维护也做了进一步的解释说明，并对未用其他端子功能也做了简单介绍。[关键词]微机电动机保护装置MiCOMP220；在工业企业工厂供电的继电保护工作中，高压电动机的控制和保护是极为重要的。近年来在世界一些发达国家中，高压电器的控制和保护普遍采用了智能化元器件，使高压电器继电保护的综合化程度和可靠程度得到了极大的提高，取得了新的突破。又由于MiCOMP220具有较高的性价比，自2006年以来我厂馏分油加氢，重整，二丙烷等装置部分高压电机保护中采用了电动机保护终端MiCOMP220综合继电器使高压电动机的继电保护回路与过去的常规设计相比变得更为简单，更为适用，具备了智能化的功能，具有了很高的可靠性，使独石化近几年在高压电器实现智能化控制的道路上迈出了可喜的一步并为将来大石化电气维护和改造工作也做了经验的积累。本文就以MiCOMP220综合保护继电器为例介绍其在工程设计原理、在高压回路中的安装以及保护整定等方面的方法和体会。多年以来，我国常规设计的相间短路保护和过负荷保护大都采用GL型电磁式反时限继电器，单相接地保护则采用DL型接地继电器，失压保护采用低电压继电器，加上测量用的电流表、电压表、电度表等，致使高压电动机开关柜保护-2-盘面布置紊乱，二次接线非常复杂。在各类继电器的凋试过程中，整定值的设定、时间特性曲线的配合等都比较困难。在这些继电器中，GL型继电器的调桉因精度差、调试次数多、调试时间长而对施工单位和运行维护人员带来烦恼再加上原有的继电保护装置是使输入的电流、电压信号直接在模拟量间进行比较和运算处理，使模拟量和装置中给定的机械量(如弹簧力矩)或电气量(如门槛电压)进行比较和运算处理。无论从可靠性和精度上而言传统的保护都无法替代微机的优越性。1微机保护原理1.1基本原理概述微机保护是由于计算机只能做数字计算或逻辑运算，因此，首先要求将模拟量输入的电流、电压的瞬时值变换为离散的数字量，然后送入计算机的中央处理器，按规定的算法和程序进行运算，且将运算结果随时与给定的数字进行比较，最后做出是否跳闸的判断。由于自身有完善的自检功能，检验和调试十分方便，大大电力系统的安全、稳定性的提高，目前应用前景广阔。首先从被保护的电力设备线路上的电流互感器，电压互感器上取得电流和电压量，送入微机进行数据处理，然后将采集到的数据与整定值表的数据相比较，若不满足整定条件，微机将输出电平信号使信号装置发信号或使出口继电器动作从而实现快速的保护作用。其简单的原理图如下：-3-从电流互感器采集来的是双极性交流模拟信号，首先经过预处理即一般是将交流双极性变为适合微机处理的单极性信号，再由输入滤波器滤去直流分量，低次及高次谐波分量和各种干扰信号，进入A/D装换器变成数字量，然后微机才进行处理运算逻辑判断。以下是微机继电保护自动装置工作流程图：1.2信号处理过程1.2.1采样保持对于微机内部处理作为产品的使用者我们没必要去详细讨论，只将信号处启动上电数据输入微机自监电器量计算或逻辑判断与给定值比较是否动作？计算或逻辑判别次数是否完成？输出动作指令NNYY图1图1图2-4-理做简单描述。微机信号处理是微机保护中的关键，因为这些输入信号在系统从正常状态到故障状态，呈现极大的动态范围，所以电平变换和低通滤波、A/D转换模块即要保证在正常的运行状态下有足够的精度，又要保证在最严重的故障时有足够的裕度。如交流电流在故障时可达到正常运行时的10~20倍，甚至还要附数量相同的直流分量暂态偏移值，在这种情况下信号处理难度就比较大，一般是将连续的模拟信号通过采样器可得到离散的采样信号，为是后续电路能得到确切的采样值，因此大部分微机都采用了采样保持器，而采样与保持的逻辑输入电平由CPU控制的采样脉冲控制。作为基本原理目前像SPAC320C微机都采用的是电压——频率摸/数转换器（VFC）其实质是将被转换的电压变换为与之成正比的脉冲频率，然后在固定的时间间隔内对具有次脉冲的频率进行计数。频率的大小代表输入电压的。VFC的优点是工作稳定、精度高、与CPU接口简单和调试方便等。1.2.2程序编制每种程序的编制都需要建立数学模型，算法就是微机保护工作的数学表达式，所以根据继电保护及自动装置的不同功能、不同性能指标和不同的硬件系统要求采用不同的算法，有微分法，半周积分法，傅立叶算法（傅氏算法），具体实现方法有相关的专业资料介绍这里就不再赘述。2MiCOMP220的保护功能和实际应用2.1基本功能模块MiCOMP220功能比较强大，但是实际在我厂高压电机保护当中只采用了电动机保护继电器模件SPCJ4D34和一部分功能。以下主要是对这些实际用到的做详细讨论。2.1.1保护功能模件SPCJ4D34为一多功能继电器模件，用来测量受保护的电动机馈线的三相电流和零序电流。其接线端子是X0如图1所示，是电机保护的基本单元，其中41-46为三相电流输入，47-48为零序电流输入。对我厂6KV高压电机实现过热保护、电流速断保护、三相不平衡保护、接地保护、低电压保护、不正确相序等几种保护，在实际接线中只是将继电器总出口X0/2-6串接在二次控制回路当中作为继电器保护出口，通过程序设定当故障发生时故障信号触发接点闭合接通跳闸回路保护电机。触点额定电压是ac或dc250，连续载流5A，大部分控制是将保护连片串接在X0/2-6然后通过继电器BCJ线圈接到控制母线，再将BCJ的常开辅助接点接到跳闸回路（图3）。图3是今年二套丙烷脱沥青装置高压配电室电动机保护改造的二次控制回路图，由于一些功能是延续了以前的传统的保护，比如像-5-信号灯本可以接入MiCOMP220的外部信号输入端，但是以前配电盘上的信号灯也能指示，为了节省工作量加之要改动信号回路所以也没多大必要将此接入。MICOM220MICOM220图3但只要MiCOMP220/2-6承受电流在额定载流范围内也可直接将其接在跳闸回路当中。而在配电盘上实际的低电压保护是来自PT的电压信号，如果系统电压过低时通过PT盘上低电压继电器的长开电磁接点接通信号回路和跳闸回路同时跳闸和发信号。对于系统接地时不跳闸只发信号，为了能及时了解、掌握和记录系统接地，所以在开关组功能SGB/8中将其值设为SGB/8=1，手动复位，禁止系统自动复位。2.2电动机保护动作功能及整定2.2.1热过负荷单元热过负荷单元由一个用于电动机在不同负载条件下充分热保护组成。电动机的升温遵循一根指数曲线，热元件的动作值用两种继电器设定值规定。满负荷电流整定Iθ规定装置的热动作水平和时间整定t6x规定动作时间。t6x是一只冷态电动机以6倍满负荷电流启动热元件的动作时间。我们设定为t6x=20S。整定时Iθ=1.05In(In=动机额定电流)。热元件包括两根不同的热曲线，一根是短和长时间过负荷实现跳闸和另外一条保持以往过热的轨迹，实际就是热背景，加权值P决定两曲线热增加的比例，-6-设定范围是20％和100％，我厂MiCOMP220保护设P=50％，认为电动机是从没有热背景的状态下启动的即冷启动。在电机运行当中一只多路扫描连续检测电流输入信号并选择最高值。只要电动机电流停留在满载电流之下，继电器不会导致跳闸，当热水平超过整定预报警级θa=100％,通过开关组SGR/1、SGR/2的出口继电器发预报信号。当热水平超过我们整定的θi=60％过负荷跳闸，面板上数字信号灯2亮。冷却时间系数Kc整定范围是1～64。我们设定为Kc=4，其实这指的是冷却时间，Kc值越大冷却的越块，反之则越慢。2.2.2启动和堵转时间过长当开关组SGF/1=1和SGF/7=1说明微机允许高整定和热应力计算起动。在这种方式下Is和ts分别是电动机实际启动电流和电动机正常启动时间。继电器通过计算Is2×ts的乘积即为电动机正常启动建立的热应力来判断电动机是否正常启动，一般Is=7～8In,电动机启动时间在10S左右，这些都视不同的电机而定，它的整定范围是0.3S～80S。当计算超过热应力值时单元动作，动作信号通过软件开关SG4/3=1发送到跳闸信号到SS1，然后使保护出口65-66接点闭合跳闸。至于2.2.3高整定过流单元（电流速断）假使一相或几相电流超过整定值I时高整定过流级起动。当起动时该级发出一个起动信号，假使过流情况延续足够长超过整定动作时间单元提供一个跳闸信号到SS3系统通过74-75直接跳闸，电流速断整定电流是0.75In,过流级的的动作时间t厂家最小值是0.04S，我们设定为最小0S,这意味着动作是瞬间的。2.2.4三相不平衡和不正确相序单元相电流不平衡是由一个单相保护和一个反时限电流不平衡保护所组成。其实质是通过微机检测三相中最低和最高电流判断实现的，即不平衡电流为△I=100％（ILmax-ILmin）/ILmax。当不平衡度超过设定动作级△I时单元启动同时一只计数器也同时计时，当达到基本动作时间t△时单元就提供一个跳闸信号请求跳闸，同时动作指示灯亮。值得注意的是在两相应用中相不平衡单元的操作是将两相电流在第三相电流互感器中相加，即建立一个实际的第三相。我们将△I设为30％，t△设为60S反时限，而不平衡保护的动做时间是作为不平衡度的一个函数有一曲线，不平衡动作就是通过60S对应曲线在不平衡度为30％处的一点来确定动作时间的。这里就不做曲线的详细介绍了。那么相序的不正确是基于相电流正半周的出现相序上，假使相电流以不正确相序上升，并在少于1S内发信号在一次动作后动作指示器和出口继电器与三相不平衡单元是一样的。2.2.5接地故障单元对于这个单元的保护是较容易理解的，起动电流I0整定范围是1～100％In，-7-动作时间是0.05～30S，假使通过零序电流互感器上采集的测量电流超过整定值就给出一个启动信号，如果再次超出了动作时间，单元就给出一个信号，一般该单元被编程只发信号，即经过SGR/8发送到跳闸继电器的断开位置，只要单元被激活跳闸指示器将再出现。2.2.6一些常用软开关组的介绍①功能编程开关组SGF：用于规定继电器的某些功能，用SGF/1到SGF/8标识，用给定1或0来选择功能的实际主要是选择保护是否投用的。例如SGF/1=0表示高整定级禁止，SGF/1=1就表示使用，这在上文已提到。SGF/2=0表示整定在电动机启动时不加倍，1则是加倍，这说明当设定SGF/2=0时我们的整定电动机启动电流值要增大，反之则小。②阻断和控制输入选择器开关组SGB：用于继电器某些外部控制输入，用SGB/1到SGB/8，实际就是选择保护信号是否允许输入的，SGB/5=1不允许外部跳闸输入，SGB/8=1是为了将跳闸信号保持，要人工同时按PROGRAM和RESET来复位。这便于配电室明确故障原因和继电保护记录。其余厂家均设定为0。③另外像继电器输出开关组SGR1和SGR2按厂家设定，65-66接点信号就是经SGR1开关到SS2信号输出口的，85-86信号就是从SGR2输出的但是我们厂未用。④软件开关组SG4主要用到的就是SG4/