东莞市东江水务有限公司 523000
摘要：随着科技不断进步，技术不断创新，电机保护已由传统继电器保护，转变成微机综合保护。东莞市东江水务有限公司第五水厂一期电气改造中，高压电动机由传统继电器保护，改造为采用美国能源控制公司生产的AEC综合保护装置,并利用该装置的功能对电动机进行保护﹑测量、控制及通信等。
关键词：电动机；继电保护；选择应用
一、基本情况
东莞市东江水务有限公司第五水厂主要负责东莞市东坑镇﹑横沥镇﹑大朗镇和松山湖工业园区等重要镇区的供水,因为水厂一期高压电气设备采用传统的继电器保护,不能够与厂中控室实现通信功能，且该保护回路采用了众多继电器,接线烦琐,发生事故处理比较费时,影响了正常供水。为确保水厂的安全优质供水，并且把第五水厂打造成高度自控的水厂，公司决定对一期电气进行改造，整改部分包括进线柜﹑PT柜﹑变压器柜﹑母联柜和电机柜等，这里主要介绍电机柜的整改。根据实际情况,为了以后发展需要,整改后的电机保护装置采用美国能源控制公司生产的AEC-2041综合保护装置。
二、AEC-2041的电气接线
AEC-2041接线图
AEC-2041保护装置内部是由CPU模块、交流模块、电源模块、人机对话模块构成,上图为AEC-2041的接线图,由图可见AEC-2041是集保护﹑测量﹑控制和通信为一体的保护装置。
（1）电源回路的接线：该装置的工作电源为直流220V,接线端口分别为236和237。
（2）电流回路的接线:图中所示AEC-2041左侧的接线端口主要是电流信号的输入,依次为保护电流﹑测量电流和零序电流。该厂使用的电流互感器型号为:LZZBJ9-10C1,其中该电流互感器二次侧分别为0.2级(1S1,1S2)和10级(2S1,2S2)的两部分输出。因为电流互感器的0.2级是属于精密测量用,所以该电流互感器的0.2级用作AEC-2041的电流测量,而10级则用作AEC-2041的电流保护,并且接线时电流互感器二次侧末端要可靠接地。图中所示零序保护接线方式是没有单独零序电流互感器时的接线方式,但该厂是采用独立零序电流互感器的保护方式,型号为:LXK-100,所以就不需要按照图中的接线方式(将保护CT的A相﹑B相和C相二次侧始端并联和末端并联后分别接到AEC-2041的零序电流输入端口113和114),而是将零序电流互感器二次侧分别接到AEC-2041的零序电流输入端口113和114,并且零序电流互感器二次侧末端要可靠接地。
（3）电压回路的接线: 将电压互感器的二次侧基本线圈A、B、C三相和中性线分别接到AEC-2041的接线端口201至204上；而电压互感器的辅助线圈则接到端口115和116上。
（4）控制回路的接线: 控制回路设计共分为手动分合闸回路、PLC分合闸回路、微机分合闸回路和微机保护跳闸回路,其中微机分合闸回路可以通过上位机控制,也可以通过微机的操作面板控制。
这里介绍一下通过微机的操作面板来控制断路器的分合闸回路,如下图所示,首先将断路器摇到合闸工作位置, 断路器合闸位置接点2LX接通,而断路器试验位置接点1LX则断开,把选择开关SA打到微机位置,SA的接点3和4接通,在AEC-2041的开出菜单上选择继电器1输出(AEC-2041的接线端口218和219的分合是由内部继电器1来控制),这时断路器合闸线圈HQ通电, 断路器合闸,断路器常开辅助接点DL接通,中间继电器ZJ动作, 合闸指示灯接通, 而断路器常闭辅助接点DL则断开。手动分闸时, 在AEC-2041的开出菜单上选择继电器2输出(AEC-2041的接线端口220和221的分合是由内部继电器2来控制), 断路器分闸线圈TQ通电, 断路器分闸, 断路器常开辅助接点DL断开, 中间继电器ZJ复位,分闸指示灯接通。
（5）开关量输入回路的接线: AEC-2041共有十二路开关量输入,本方案只用到四个开关量,分别为:断路器分合闸监视、断路器工作位置、跳闸回路断线监视、断路器弹簧储能。
AEC-2041的接线回路已基本完成,但在实际中没有用到它的测温和电度测量功能。这是因为AEC-2041虽然有五路测温,但在实际当中是不够的,因为电机本身有八路测温(电机绕组有六路,电机前后端轴承各一路),再加上水泵的前后端轴承各一路,一共需要十路测温,所以只能加装一个十六回路的温度巡检仪。
下图为电机采用AEC-2041综保后的一次、二次电气原理图：
下图为电机柜改造后的情况；
三、AEC-2041的整定
该厂电动机主要参数为：型号YSK800-8，额定电压10KV，额定电流60.7A，额定功率800KW，电流互感器（CT）变比100/5，电压互感器（PT）变比10000/100。
1、基础数据整定
（1）整定值组整定。为了保证保护装置可靠动作，保护装置投入运行前，无论整定值是面板输入还是经其软件输入，都必须进行检验。
（2）互感器变比输入。PT一次侧系数KV1：100（即10KV/100 V =100）；CT一次侧系数KI1：20（即100A/5A=20）。
（3）电动机参数输入。额定电流：60.7A；启动时间：6秒。
2、电动机电流速断保护
为了防止电动机的定子绕组或引出线的相间短路，设置电动机电流速断保护，其动作电流Id躲过电动机的起动电流。
Id1=Kk1KjxIqd/NL (1)
式中: Id1—电流速断保护动作电流
Kk1—可靠系数，取1.5
Kjx—电流互感器接线系数，星形接线为1，三角形接线为√3
NL—电流互感器变比
Iqd—电动机起动电流周期性分量的最大值，约为满载电流的3—7倍
根据式（1），Id1=1.5×6×60.7÷20=27.315（A ），为了便于设定取值为27A，速断时间为0秒。
设置时在定值菜单下，选择电流速断定值(代码为I1)为27A，0秒动作于跳闸，同时还要注意在控制字菜单下，选择电流速断保护控制字(代码为CON_I1)为投，使电流速断功能激活，保护才能动作。
3、电动机过流I段保护（起动时间过长保护）
在电动机起动过程中对电动机提供保护，电动机正常运行过程中，该保护自动退出。在电动机起动过程中，任一相电流大于整定值至整定时间，保护跳闸。
Id2≥ILd （2）
式中：Id2—过流一段保护动作电流
ILd —过电流保护定值
由于是起动时间过长保护，ILd可以取6倍左右电机额定电流（即6In/ nL =6×60.7÷20≈18A）作为保护定值，而时间整定值因为该保护在电动机起动过程中才投入，其定值应大于电动机正常起动时间，故可取9秒为延时整定值，所以，在定值菜单下，设置过流Ⅰ段保护电流定值(代码为I2)为18A，动作时间为9秒。在控制字菜单下，选择过流Ⅰ段保护控制字(代码为CON_I2)为投。
4、电动机过流Ⅱ段保护（堵转保护）
在电动机运行过程中对电动机提供保护，在电动机起动过程中自动退出。任一相电流大于整定值至整定时间，保护跳闸。
Id3≥Kk2×Kjx×ILd.max/(KF2×NL) （3）
式中：Id3—过流Ⅱ段保护动作电流
KK2—可靠系数，取1.2
Kjx—电流互感器接线系数，星形接线为1，三角形接线为√3
KF2—返回系数，取0.85
ILd.max—电动机长期允许的最大负荷电流，一般取电机的额定电流In
根据式（3），Id3=1.2×1×60.7÷(0.85×20)≈4.28(A),为了便于设定取值为4.3A，因为该保护是在电动机起动时退出，在电动机正常运行时介入，所以取动作时间为2秒。在定值菜单下，选择过流Ⅱ段保护电流定值(代码为I3)为4.3A，动作时间为2秒。在控制字菜单下，选择过流Ⅱ段保护控制字(代码为CON_I3)为投即可。
5、电动机的负序电流保护
该保护采用两段式负序电流保护。Ⅰ段反映三相负荷不平衡, Ⅱ段反映断相等不对称故障。
AEC-2041推荐负序电流定值整定为:
I21=0.06In (4)
I22=0.12In (5)
式中: I21—Ⅰ段负序电流定值
I22—Ⅱ段负序电流定值
In—电动机额定电流
由于电动机产生负序电流的原因很多，且负序电流的大小和持续的时间又很复杂，如外部两相短路、电源电压的不平衡、CT二次回路的一相断线等，都会对电动机负序电流保护产生影响，要考虑的因素很多，故该厂的电动机保护中没有采用负序电流保护。
6、电动机的热过负荷保护
热过负荷保护反映定子的平均发热状况，防止电动机因过负荷及不对称过负荷而过热。
反时限动作特性为：t＞τ/(k1I12＋k2I22－If)
式中：I1—正序电流
I2—负序电流
If—过负荷电流整定值
τ—电动机发热时间常数（120～2400）
其中k1I12＋k2I22为模拟正﹑负序电流发热效应的等效电流，K1在电动机起动过程中为0.5，起动完毕后为1。K2=1～8，一般取6。
正序电流I1﹑负序电流I2均为标么值，计算公式分别为：
I1=[(Ia＋Ibe＋120j＋Ice－120j)÷3]/In
I2=[(Ia＋Ibe－120j＋Ice＋120j)÷3]/In
在这里必须指出，过负荷电流定值If为标么值，而AEC-2041推荐过负荷定值整定为If=1.05～1.2（因之前已输入电动机的额定电流等各种参数，AEC-2041会作内部运算，不需要再计算过负荷电流定值），取中间值1.1为电动机的过负荷整定值，延时2秒动作于跳闸。在AEC-2041定值菜单下，选择过负荷定值（代码为I-r）为1.1，延时2秒动作于跳闸。在控制字菜单下，选择热过负荷保护控制字（代码为CON-Ir）为投。
7、电动机的低电压保护整定
按正常运行时可能出现的最低电压整定。
Ud=Umin/Kk3KF3Ny （6）
其中：Umin—系统最低电压约为0.9UN（UN为额定线电压）
KK3—可靠系数，取1.1～1.2
KF3—返回系数，取1.05～1.25
Ny—电压互感器变比
根据式（6），Ud=(0.9×10000)÷(1.15×1.12×100)=70(V)
设置时在AEC-2041定值菜单下，选择低电压定值（代码UU）为70V；在控制字菜单中，选择低电压保护控制字（代码CON-UU）为投，延时0秒动作于跳闸。
这里必须指出,AEC-2041没有电压回路断线闭锁功能,只有当两相电压全失时,低电压保护才会动作。
8、电动机的接地保护
为电动机单相接地故障提供保护,整定值应躲过外部发生接地故障时流过保护安装点电容电流,所以在安装零序电流互感器时,电缆头接地线应穿过互感器,以防其它设备发生单相接地时,沿铅皮流过故障电流而误动作。在AEC-2041定值菜单设接地保护电流整定值（代码I0）为0.15A，因为安装的零序互感器变比为300/5，所以实际动作电流为9A。在控制字菜单中，设置接地保护控制字（代码CON-IOS）为投，动作时间为1秒，动作于发信号。
四、AEC-2041的试验
当保护装置接线和整定完成后，要对其进行试验。首先用交流电流发生器输入各保护回路的电流，试验速断保护、过流保护、零序保护等，接着用调压器试验低电压保护，最后检查装置显示的故障现象是否与试验的项目相符，并做好记录。
五、结束语
随着科学技术的不断进步，保护装置的不断更新，微机保护装置将会得到广泛的应用，通过使用微机保护装置，会使得日后的维护、检修工作变得简单、快捷、安全可靠。
参考文献
[1]AEC-2041 电动机保护测控装置说明书
论文作者:钟神生
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/27
标签：电流论文; 电动机论文; 接线论文; 回路论文; 定值论文; 断路器论文; 动作论文; 《基层建设》2016年35期论文;