淺談核電廠中壓電動機保護定值的技術(shù)改造

更新時間：2021-08-12

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涂志燕
安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：中壓電機是核電廠重要的廠用負荷，是保證電站長期安全穩(wěn)定運行的重要組成部分，本文介紹了某廠電動機保護定值從調(diào)試到商運等不同階段的變化過程，在國家規(guī)范未明確系統(tǒng)和設備誰的優(yōu)先級更高的情況下，根據(jù)電動機自身參數(shù)，對電動機保護配置定值進行整定和優(yōu)化，將是一種兼顧系統(tǒng)和設備安全的選擇。

關(guān)鍵詞：中壓電動機;保護定值;技術(shù)改造

1 概述
某核電廠中壓母線電動機配置了ABB生產(chǎn)的SPAM150C綜合保護裝置，是一種在國內(nèi)二代改進型核電廠應用非常普遍的數(shù)字化多功能電動機保護，其用于接觸器和斷路器控制交流電動機的場合，具有自診斷功能的監(jiān)示系統(tǒng)，適用于所有惡劣環(huán)境的應用領域，保護裝置外殼鋁壓鑄成型，防護等級達IP54，該款具有如下功能:三相熱過載保護、啟動監(jiān)視單元熱應力保護(堵轉(zhuǎn)保護)、三相定時限過流保護、定時限接地故障保護、相序或相不平衡保護、定時限低電流保護、累積啟動計數(shù)和重啟動閉鎖功能等。2014年，鄰廠發(fā)生電動機損壞事件，經(jīng)故障排查，排除過流、接地、過負荷等原因，SPAM150C與國產(chǎn)保護相比，沒有引入電流負序分量，使得所產(chǎn)生的發(fā)熱量不能*反映電動機實際發(fā)熱水平，導致電機損壞的原因是熱容量相關(guān)保護設置不合理;經(jīng)驗反饋到本廠后，有必要開展電動機熱保護配合合理性的技術(shù)分析和論證，以免再次發(fā)生此類事件。

2 電動機熱保護配置現(xiàn)狀
由于不同階段側(cè)重點不同，相應的設備運維策略也在變化。在調(diào)整試驗階段，由于機組尚未帶核運行，其定值設置更傾向于保護中壓電動機設備本身;隨著投產(chǎn)后的一兩年間，因電動機保護定值不合理設置，造成相關(guān)設備運行過程中跳閘，甚至鄰廠發(fā)生的電動機燒毀事件，嚴重影響設備可用性及功能實現(xiàn)，對電廠安全構(gòu)成威脅，相關(guān)電動機保護的設置思路應從保護電機變更為保護系統(tǒng)，如此技術(shù)改造的需求提上議事日程。
電動機保護中，涉及熱保護的主要有熱過載、啟動監(jiān)視單元。任何一臺電動機在啟動過程中均會發(fā)熱，但對于其在啟動過程產(chǎn)生的熱量θ為其允許熱量的多少，一般無法精確計算。電動機的生產(chǎn)廠家一般會標注該型電機允許熱態(tài)啟動次數(shù)、冷態(tài)啟動次數(shù)(一定時間內(nèi))。在對電機的熱過載保護進行整定時，一般采取保守原則，熱態(tài)啟動按照一次，冷態(tài)啟動按照兩次(一定時間內(nèi))，整定電動機的啟動時間累加單元閉鎖值∑tsi［s］、啟動時間累加單元遞減率△∑ts［s/h］。在SPAM150C保護裝置上的熱容量閉鎖啟動值θi，則是根據(jù)電動機的啟動時間ts和安全失速時間設定值t6x［s］得出的，由1－ts/t6x確定。
過載保護是一種用于電動機在不同條件下的充分熱保護構(gòu)成，它的穩(wěn)態(tài)值取決于負載電流的平方值，由兩種繼電器設定值整定，Iθ和t6x，Iθ是滿負荷電流，t6x則是指在冷態(tài)電動機在以6倍滿負荷電流啟動時，熱元件的動作時間。正常情況下，只要電動機的運行電流在Iθ值以下，該保護不會動作，假若電動機的運行電流值超過Iθ值5%，電動機的熱容量在經(jīng)過一段時間積累后，保護會動作于跳閘。動作時間長短則取決于當前的電動機負載電流及Iθ值和失速時間t6x。因此熱過載保護是一種較為可靠，也較全的保護。該廠3、4號機組自調(diào)試以來，中壓電動機保護有過三次設置，一次根據(jù)設計院提供的初版定值進行了設置，通過在電動機調(diào)試過程中進行驗證，部分定值因配合問題不適用，進行了改正;另一次，在機組調(diào)試結(jié)束前夕，于2011年做出如下修改：
一是APD、ATE、CRF、DVN電機設置熱保護限制和啟動次數(shù)限制，冷態(tài)能啟動3次，熱態(tài)能啟動2次;
二是RCP電機設置熱保護限制和啟動次數(shù)限制，保持原限定值;
三是LHA/B應急母線上的電動機不設置啟動禁止保護功能(具體實施方法為:不設置熱保護限制，將熱容量閉鎖啟動值t6x、1i設置為大，將啟動次數(shù)限制定值∑tsi、△∑ts調(diào)到大);
四是對于主泵及其他未設置熱保護限值及啟動次數(shù)限制的電機，將根據(jù)運行規(guī)程做出相關(guān)限制要求(即不僅考慮電氣因素，需綜合綜合機組狀態(tài)和要求)。即此次技改后，對于未設置熱過載保護與禁止再啟動熱量值保護的電機而言，電機配置的保護也僅限于熱應力與過流速斷保護及相不平衡保護等。在電機啟動電流與啟動時間不超出熱應力保護范圍情況下，可以無限制啟動;在電機負荷對稱，但又沒有達到熱應力及速斷保護范圍時，電機可以長期運轉(zhuǎn)(如過負荷等)。
3、4號機組設置熱過載保護的中壓電機情況為:(1)未設置的13類，APA、CEX、SRI、SAP、SEC、JPP、EAS、ＲCV、ＲＲA、ＲＲI、ASG、ＲIS、DEG;(2)已設置的5類，APD、ATE、CRF、DVN、RCP。

3 外部熱保護配置咨詢、調(diào)研
通過函詢設計院，得到答復:在我國現(xiàn)行相關(guān)保護規(guī)范中，未明確設備、系統(tǒng)安全之間的主次之分，建議根據(jù)電機廠家參數(shù)進行設置。同時對其他電廠進行調(diào)研，某300MW電廠配置有啟動監(jiān)視、堵轉(zhuǎn);某750MW電廠配置有熱過載、堵轉(zhuǎn)，未設置啟動次數(shù)限制;某900MW電廠設置熱過載保護，其啟動閉鎖值設定為大，即要求在熱量允許范圍內(nèi)可以啟動盡可能多的次數(shù)，啟動時間累加功能定值均設置為大。綜上，標準規(guī)范中未明確，且各廠保護設置不盡相同。通過按照電機廠家建議和自身參數(shù)進行設置，把握好熱過載和熱應力保護的配合，在熱限值內(nèi)啟動盡可能多的次數(shù)將有助于提升系統(tǒng)安全水平。

4 技改方案討論和確定

圖1 APA制造廠家熱過載曲線

通過組織討論，明確整定原則為:結(jié)合現(xiàn)場電機運行實際，嚴格設置滿載電流設定值Iθ、安全失速時間設定值t6x、啟動電流Is、啟動時間ts;將熱容量閉鎖啟動值θi調(diào)到大。即在熱容量允許范圍內(nèi)啟動盡量多的次數(shù)。以APA電機為例，其參數(shù)為:額定電流845A，CT變比1000/1A，啟動電流5.5IN，啟動時間為6.8s。允許的持續(xù)負荷取決于Iθ，按照1.05倍電機額定運行電流值IN計算此設定值:Iθ=1.05*845*1/1000=0.89A，故保護裝置中的Iθ整定為0.89。
根據(jù)廠家資料，電機的啟動電流值為電機額定運行電流的5.5倍，通過計算得出電機的啟動電流值Is為:Is=5.5IN=5.5*845*1/1000=4.7A，根據(jù)廠家資料，電機的啟動時間ts=6.8s，整定為7s。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，3、4號機組APA電機的啟動電流為5.5A，啟動時間為5s(保護裝置精度有限，分辨率為1s)。如果按照計算定值，Is整定為4.7，ts整定為7，按照現(xiàn)場實際啟動電流，在發(fā)生電機堵轉(zhuǎn)的情況下，啟動監(jiān)視保護將會在5.1秒動作出口跳閘，計算定值不滿足所有運行工況，現(xiàn)將Is定值放大，目前保護設定值為5.57，故保持現(xiàn)定值不變，確定Is=5.57A。由對應的電動機熱態(tài)條件下的過負荷時間/電流特性曲線，及保護裝置熱保護的特性曲線選定整定值t6x，查找對應的熱態(tài)曲線，整定t6x=14。熱容量θi［%］取大，為80%，則每次啟動積累熱量為:7÷14=50%，處于臨界點，從保護設備的穩(wěn)妥角度出發(fā)，將ts修改為8s定值整定后見表1。

表1

其他定值計算不再贅述。本次技改定值變更涉及該廠3/4號機總計29個電動機保護。提請公司技術(shù)委員會審批通過，計劃在大修中逐步實施。

5.安科瑞智能電動機保護器介紹
5.1產(chǎn)品介紹
智能電動機保護器(以下簡稱保護器)，采用單片機技術(shù)，具有抗力強、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進行保護，并設有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領域。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網(wǎng)絡系統(tǒng)。實現(xiàn)電動機運行的遠程監(jiān)控。

5.2技術(shù)參數(shù)
5.2.1數(shù)字式電動機保護器

5.2.2模塊式電動機保護器

5.3產(chǎn)品選型

說明：“√"表示具備，“■"表示可選。

6 結(jié)束語
根據(jù)工作窗口，分批開展熱保護定值修改，重新配置了相關(guān)電機的熱過載保護、啟動監(jiān)視單元定值。相關(guān)電動機自此后已運行幾個大修循環(huán)，未出現(xiàn)因為熱保護定值配置不當導致不可用的事件發(fā)生，當前的運行業(yè)績標明，在國家規(guī)范和吧標準尚未明確系統(tǒng)和設備誰的優(yōu)先級更高的前提下，根據(jù)電動機參數(shù)，進行保護定值的整定和配置，將是兼顧兩者的良好選擇。后續(xù)將繼續(xù)做好電動機電氣參數(shù)的實時監(jiān)測，確保中壓電動機長期安全穩(wěn)定運行。

參考文獻
[1]電動機廠家技術(shù)文件［Z］．
[2]張黎．核電廠中壓電動機保護定值的技術(shù)改造
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版

上一條高校的學生公寓用電安全智能管理系統(tǒng)的應用
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