CSC 237A数字式电动机保护装置之欧阳治创编.docx

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CSC237A数字式电动机保护装置之欧阳治创编

CSC237A数字式电动机综合保护测控装置

时间2021.03.10

创作：

欧阳治

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

精确工作范围

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

通讯端口规范

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，带有一内部延时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，范围是（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整定范围为（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。

根据异步电动机区内、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。

而电动机内部发生短路故障时，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，因其将影响内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（I）>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选择是否投入。

4定值及整定说明

4.1电动机综合保护装置的软压板清单及说明

压板名称

对应功能

电流速断

电流速断保护功能投退

过流

过流保护功能投退

零序过流

零序过流保护功能投退

负序过流

负序过流保护功能投退

过热保护

过热保护保护功能投退

低电压

低电压保护功能投退

过负荷

过负荷功能投退

长起动保护

长起动保护功能投退

备用

备用功能投退

备用

备用功能投退

4.2数字式电动机综合保护装置整定值清单：

序号

定值名称

范围

单位

备注

1

控制字1

0000～FFFF

无

2

控制字2

0000～FFFF

无

3

速断电流高值

（1～20）Ie

A

电机起动过程中动作值

4

速断电流低值

（1～20）Ie

A

电机起动结束后动作值

5

速断时间

0.0～32.00

S

6

过流定值

（0.08～20）Ie

A

7

过流时间

0.2～6000

S

8

零序电流定值

0.05～5.00

A

9

零序过流时间

0.1～32.00

S

10

负序电流定值

0.2～100.0

A

11

负序过流定时限时间

0.1～32.00

S

12

负序过流反时限时间

4～80

S

采用极端反时限

13

过负荷定值

（0.08～20）Ie

A

14

过负荷跳闸延时

1.0～6000

S

15

过负荷告警延时

1.0～6000

S

16

低电压定值

2.0～100.0

V

线电压

17

低电压时间

0.1～32.0

S

18

过热起动电流

0.2～20

A

19

发热时间常数τ

6～3000

S

20

负序电流热效应系数

3～10

一般可取为6

21

过热报警系数

0.3～1.0

一般可取为70%

22

散热时间倍数

1～5倍τ

倍数

一般可取为4.0

23

非电量DI1延时

0.0～100.0

S

24

非电量DI2延时

0.0～100.0

S

25

非电量DI3延时

0.0～100.0

S

26

电动机额定电流

0.5～20.0

A

27

电动机起动时间

0.1～32

S

28

F-C闭锁电流定值

（1～20）Ie

A

29

测量CT变比（kA/A）

0.001～10.0

无

一次测量CT变比/1000

30

PT变比（kV/V）

0.01～10.0

无

一次PT变比/1000

4.2.1电动机综合保护控制字1定义：

位

置0时的含义

置1时的含义

D15

CT额定电流为5A

CT额定电流为1A

D14

备用

备用

D13

备用

备用

D12

过负荷投告警

过负荷投跳闸

D11

I2≥1.125I1不闭锁负序保护

I2≥1.125I1闭锁负序保护

D10

备用

备用

D9

备用

备用

D8*

开关合位用内部HWJ

开关合位用DI4

D7

自起动判别退出

自起动判别投入

D6

降压起动方式退出

降压起动方式投入

D5

PT断线告警投入

PT断线告警退出

D4

控回断线告警投入

控回断线告警退出

D3

负序保护选定时限方式

负序保护选反时限方式

D2

零序保护投告警

零序保护投跳闸

D1

过热闭锁退出

过热闭锁投入

D0

过热告警退出

过热告警投入

注：

当不使用本装置的操作机构箱时，且使用了与开关位置相关的保护功能（如低电压）时，KG1.8＝1。

4.2.2电动机综合保护控制字2定义：

位

置0时的含义

置1时的含义

D15

马达起动判别投入

马达起动判别退出

D4～14

备用

备用

D3

非电量DI3（8X3）退出

非电量DI3（8X3）投入

D2

非电量DI2（8X2）退出

非电量DI2（8X2）投入

D1

非电量DI1（8X1）退出

非电量DI1（8X1）投入

D0

F-C过流闭锁退出

F-C过流闭锁投入

说明：

1.CT变比为专用测量变比，整定方法：

例，一次侧CT变比为600/5＝120，则整定为120/1000=0.12；10kVPT变比10000/100＝100,则整定为100/1000=0.10。

2.以上保护功能中不用功能，只须通过退出相应软压板或控制字即可完全退出。

控制字中备用位整定为0。

3.以上提供的清单为标准配置下的设置，其内容可能会与装置实际显示清单不符，此时均以装置实际显示为准。

5端子图

6接线示意图及接线说明

接线说明：

测量用电流模拟量由专用测量CT（A、C两相）输入，以保证有足够的精度;测量用电压与保护电压PT输入共用。

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

装置外部Ia接2X1,外部Ic接2X5，外部Ia’、IC’接至2X3,其他电流端子2X2、2X4、2X6则短接。

零序电流的接入最好用专用零序电流互感器接入，若无专用零序电流互感器，在保证零序电流能满足小接地系统保护选择性要求前提下用三相电流之和即CT的中性线电流。

闭锁合闸接点可以根据需要跨接至合闸回路中，接法是：

6X.19接至7X.7,6X.20接至6X.9及开关柜KKJ手合输出接点。

7装置配置表及订货须知

订货时需提供以下技术参数：

⏹额定直流电压（220V、110V）。

⏹额定交流电流、交流电压、系统频率。

⏹跳合闸电流（开关是断路器还是FC接触器）

⏹功能的特殊要求

⏹通讯接口方式及通讯规约。

时间2021.03.10

创作：

欧阳治