CSC 237A数字式电动机保护装置.docx

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CSC237A数字式电动机保护装置

CSC237A数字式电动机综合保护测控装置

1装置简介

本装置适用于10kV及以下各种中性点非直接接地系统，作为大中型异步电动机（数百千瓦以上）相间故障、过负荷、堵转等综合保护。

可在开关柜就地安装。

2主要功能及技术参能

2.1保护功能

⏹反应相间故障的速断保护

⏹反应堵转的过电流保护

⏹过负荷保护（可选择跳闸或仅告警发信）

⏹长起动保护

⏹过热保护（过热跳闸、过热告警、热积累记忆功能）

⏹不平衡保护（断相/反相，负序过流保护，可选择定时限或反时限）

⏹接地保护（零序过流保护，可选择跳闸或仅告警发信）

⏹低电压保护

⏹F-C过流闭锁

⏹非电量保护

2.2测控功能

⏹15路开入遥信采集、装置遥信变位、事故遥信

⏹正常断路器遥控分合

⏹Ua、Ub、Uc、Ia、Ic、P、Q、COSф等模拟量的遥测

⏹各种事件SOE等

2.3技术参数

额定参数

直流电压：

220V/110V

交流电压：

100V或

V

交流电流：

1A/5A

系统频率：

50Hz/60Hz

功率消耗

直流回路：

<15W

交流电压回路：

<0.15VA/相

交流电流回路：

<0.25VA/相

过载能力

交流电流：

2In持续工作

20In允许10s

40In允许1s

交流电压：

1.2Un持续工作

1.4Un允许10s

继电器触点容量

跳合闸出口：

5A，DC220V（吸合）

信号触点：

1A，DC220V（吸合）

跳合闸电流

跳闸电流：

0.5～4A

合闸电流：

0.5～4A

定时限过流元件

电流定值：

0.2In～20In

时间定值：

0～20S

定值误差：

<5％整定值

精确工作围

电压：

0.4V～120V

电流：

0.04In～30In

动作时间

过流速断：

＜40ms（2倍整定值）

监视报告性能

事件记录分辨率：

≤1ms

GPS对时精度：

≤1ms

测量表计精度

电流、电压：

0.2级

功率、电度：

0.5级

通讯端口规

RS485端口：

最高速率19200bps，屏蔽双绞线接口

以太网:

10BASE-T端口：

UTP5通讯介质，RJ45接口

10BASE-F端口：

多模光纤通讯介质，820nm，ST接口

绝缘性能

绝缘电阻>100MΩ（500V兆欧表）

介质强度GB/T14598.3-1993

冲击电压GB/T14598.3-1993

电磁兼容性能

辐射电磁场干扰:

GB/T14598.9-1995Ⅲ级

快速瞬变干扰:

GB/T14598.10-1996Ⅳ级

脉冲群干扰:

GB/T14598.13-1998Ⅲ级

静电放电干扰:

GB/T14598.14-1998Ⅳ级

射频电磁场辐射干扰:

GB/T17626.3－1998Ⅲ级

浪涌（冲击）干扰:

GB/T17626.5－1999标准III级

机械性能

振动GB/T11287-2000Ⅰ级

冲击GB/T14537-1993Ⅰ级

碰撞GB/T14537-1993Ⅰ级

环境条件

保存温度：

-25℃～+70℃

工作温度：

-10℃～+55℃

相对湿度：

最大不超过95％

大气压力：

86～106kPa

3保护元件

3.1长起动保护

装置测量电动机起动时间Tstart的方法：

当电动机的最大相电流从零突变到10%Ie时开始计时，直到起动电流过峰值后下降到120%Ie时为止，之间的历时称为Tstart。

（Ie为电动机额定电流。

）电动机起动时间过长会造成转子过热，当装置实际测量的起动时间超过整定的允许起动时间Tstart时，保护动作于跳闸。

图1异步电动机起动电流特性

为了降低起动电流，减少对电网的无功冲击，大型的异步电动机常常串联电抗器或者电阻，以实现降压起动；起动完毕后短接串联电抗器或者电阻。

本装置设置了专用的控制字，如果选择“降压起动方式投入”，则装置在起动完毕以后，给出一付“投全压”的接点，以便及时短接分压电抗器，使电动机进入额定电压运行。

为了试验方便，当CSC237保护装置检测到电动机在“起动过程中”时（即上图中的Tstart时段），面板MMI最下一指示绿灯（备用）点亮。

3.2过热保护

过热保护综合考虑了电动机正序、负序电流所产生的热效应，为电动机各种过负荷引起的过热提供保护，也作为电动机短路、起动时间过长、堵转等的后备。

用等效电流Ieq来模拟电动机的发热效应，即：

Ieq=

式中：

Ieq－等效电流

I1－正序电流

I2－负序电流

K1－正序电流发热系数，电动机起动过程中取0.5，电动机起动结束后取1.0

K2－负序电流发热系数

根据电动机的发热模型，电动机的动作时间t和等效运行电流Ieq之间的特性曲线由下列公式给出：

t＝τ×ln

式中：

Ip-过负荷前的负载电流，若过负荷前处于冷态，则Ip＝0；

I∞－起动电流，即保护不动作所要求的规定的电流极限值，

可按额定电流

的1.05～1.15倍整定；

τ－时间常数，反映电动机的过负荷能力。

这一判据充分考虑了电动机定子的热过程及其过负荷前的热状态。

根据电动机可连续起动两次的原则，每次起动其热积累不应大于50%跳闸值，所以当热积累值达到50%以上时，装置合闸闭锁接点动作。

过热保护跳闸后，装置的热记忆功能起动，合闸闭锁输出接点一直保持，直到热积累值下降到50％以下，过热合闸闭锁接点才返回，这时电动机可以重新起动。

紧急情况，要求立即起动时，可对装置进行热复归操作。

发热时间常数τ应由电机厂提供，如果厂家没有提供，可按下述方法之一进行估算：

1.如果厂家提供电动机的热限曲线或一组过负荷能力的数据，则按下式计算τ：

τ＝

求出一组τ后取较小的值。

2.如已知堵转电流I和允许堵转时间t，也可由下式估算τ：

τ＝

3.按下式计算τ：

τ＝

式中：

θe为电动机的额定温升，K为起动电流倍数，θ0为电动机起动时的温升，Tstart为电动机的起动时间。

3.3速断保护

速断动作电流高值Isdg，为电动机起动过程中速断整定值,按照躲开电动机正常起动时的最大起动电流整定。

速断动作电流低值Isdd，按最小运行方式下电动机出口两相短路电流除以一定灵敏系数整定。

如果控制字选择“马达起动判别投入”，则电动机起动过程中以速断电流高值Isdg动作，电动机在起动过程结束后，为提高电动机正常运行时速断保护的灵敏度，速动段以速断电流低值Isdd动作。

如果控制字选择“马达起动判别退出”，则电动机不再判别起动过程，速动段以速断电流低值Isdd动作，过流保护也一直投入。

速断保护的动作时间Tsd可整定，对于断路器控制的电动机，动作时间可以整定为极短的延时（如0毫秒）；对于接触器控制的电动机，动作时间可以整定为较长延时，如0.3秒。

注：

Isdg为速断动作电流高值（电动机起动过程中速断整定值）；

Isdd为速断动作电流低值（电动机起动结束后运行中速断整定值）；

本保护在电动机起动时，带有一部延时t，以避开起动开始瞬间的暂态峰值电流。

3.4过流保护

装置设置一段定时限过流保护，主要为电动机提供堵转保护，动作时间按最大允许堵转时间整定。

过流保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。

对于电动机起动时发生的堵转，长起动保护可以动作，此时实际动作时间可能稍大于堵转整定时间。

当供电电源短时中断或者外部故障，引起电动机机端电压下降时，电动机的转差率逐渐变大，转子转速降低；当电源恢复或者外部故障切除时，电动机机端电压恢复正常，进入自起动过程，如果自起动前的机端电流大于起动判别的最小电流，起动判别将无法判断出自起动过程，对于某些大型电动机或者一般采用降压起动的电动机，此时的起动电流仍然很大（如果机端电压已经下降得很大，则相当于全压起动），往往导致过流保护误动作。

本装置在软件上采用有流时检测电压突变上升沿来判别自起动过程。

3.5零序电流保护

电动机接地电流的大小取决于供电系统接地方式。

在不接地或高阻接地系统中，故障电流仅是几安培，在中阻接地系统中为数百安培，在直接接地系统中将是更大的数值。

对于具有高的接地故障电流水平的系统，如果三相都装有电流互感器，零序电流可由三相电流之和取得。

在大多数情况下，为了检测低的接地电流，常常需要零序电流互感器来取得零序电流。

因此，本保护既可用两相电流互感器加零序电流互感器的方式，也可用三相电流互感器的方式。

3.6负序电流保护

负序电流保护主要针对各种非接地性不对称故障，如：

电动机发生某相断相时，负序分量的大小因故障前的负荷率而不同，负荷率大于0.7时，健全相才能引起过电流，因此常规保护不能有效保护不对称故障。

动作时间特性有两种时限特性可选择，选择定时限和反时限，极端反时限动作方程为：

其中：

tp为时间系数，围是（0.05~1）

⏹Ip为负序电流整定值

⏹I为故障负序电流

⏹t为跳闸时间

整定值部分“负序过流反时限时间”为上面表达式中分子（80tp）的乘积值，单位是秒。

Ip整定围为（0.2～1.7

），为了保护电动机断相堵转或反相，宜选的定值为1.0

。

外部发生短路故障时，电动机的反馈负序电流可能引起负序电流保护误动。

根据异步电动机区、外发生不对称短路时I2/I1的比值不同，当满足下列条件时，闭锁负序电流保护：

I2≥1.125I1，其中，I1为正序电流，I2为负序电流。

而电动机部发生短路故障时，本条件不满足，自动解除闭锁，保证了可靠动作。

闭锁条件可由控制字投退，如用作同步电动机保护时可将其退出。

当外部保护CT为两相式时，因其将影响部软件的负序电流计算，需通过接线合成B相电流。

3.7低电压保护

为了保证安全生产，对不允许自起动的电动机，在电源电压消失或者降低后，低电压保护动作于跳闸，将电动机从电网中自动断开。

当测量线电压U电压都低于定值时，开关或接触器处于合位时，且有下降沿时，低电压保护动作。

为防止PT断线误切电动机，本保护设置了当单相或两相PT断线时出现的负序电压闭锁低电压保护。

3.8过负荷保护

过负荷元件监视三相的电流，其动作条件为：

MAX（IΦ）>Ifh且时间延时到；其中Ifh为过负荷电流定值。

由控制字选择决定过负荷动作于跳闸还是仅发告警信号。

过负荷跳闸整定时间应按躲过电动机起动时间整定。

注：

本装置考虑到过负荷时间一般为长延时，保护出口延时为实际整定时间，但报文中不予体现。

3.9F-C过流闭锁

对于采用F-C（高压熔断器-接触器）控制的电动机，如果任何一相故障电流超过接触器的遮断电流，保护出口被闭锁，由熔断器切除故障。

当熔断器未能及时切除故障，故障电流一直保持时，若本装置其他保护动作延时到达，则其他保护报文仍然发出，但实际上并不出口跳闸。

外部熔断器熔断接点接入装置8X2，装置发出开入DI2告警信号，并可由控制字（KG2.2非电量DI2投退）选择是否跳闸。

3.10非电量保护元件

提供3路非电量保护（8X1、8X2、8X3）。

接收到从开关柜来的非电量信号后，如相关非电量控制字投入，则跳开相应开关，进行事件记录，并可通过网络口或现场总线将记录上传至后台计算机。

3.11PT失压检测

PT回路监视用以检测PT回路单相断线、两相断线和三相失压故障，在下面三个条件之一得到满足的时候，装置报告“PT断线或失压”事件并驱动相应信号节点和LED指示灯。

⏹三相电压均小于8V，某相（a或c相）电流大于0.25A，判为三相失压。

⏹三相电压和大于8V，最小线电压小于16V，判为两相PT断线。

⏹三相电压和大于8V，最大线电压与最小线电压差大于16V，判为单相PT断线。

PT回路监视功能可以由用户