第五部分电动机保护4358页.docx
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第五部分电动机保护4358页
第五部分
SBL-2000系列微机型电动机保护测控装置
1、应用范围及特点
SBL-2000系列微机型电动机保护测控装置主要用于大中型异步和同步电动机的综合保护、测量、控制及监视，既适用于采用真空断路器和少油开关做出口的电动机，也可适用于采用接触器加熔断器做出口电动机。
它与变电站其它设备联网可构成完全分散式变电站自动化系统。
装置的具体功能配置如表1所示。
表1型号及功能配置
功能配置
SBL-2551
SBL-2552
SBL-2553
SBL-2554
定时限电流保护（短路保护）
√
√
√
√
差动电流保护（短路保护）
√
√
接地保护
√
√
√
√
不平衡保护（两段负序电流保护）
√
√
√
√
低电压保护
√
√
√
√
热过载保护
√
√
√
√
热过载闭锁
√
√
√
√
堵转保护（定时限正序电流保护）
√
√
√
√
启动时间过长保护
√
√
√
√
定时限闭锁
√
√
√
√
F-C闭锁
√
√
失步保护
√
√
失磁保护
√
非同步冲击保护（低功率或逆功率）
√
√
TV断线
√
√
√
√
遥测
√
√
√
√
遥控
√
√
√
√
遥信
√
√
√
√
遥调
√
√
√
√
应用范围
2MW以下异步电动机
2MW以上或2MW以下但电流速段保护灵敏系数不符合要求的异步电动机
2MW以下同步电动机
2MW以上或2MW以下但电流速段保护灵敏系数不符合要求的同步电动机
2、主要技术参数
【1】额定数据
电源：
110、220VDC（-20%—+10%）或220VAC（-15%—+10%）；
交流电压：
100V；100/
V；
交流电流：
5A、1A；
频率：
50Hz。
【2】功率消耗
直流回路：
不大于15W；
交流电流回路：
不大于0.5VA/相；
交流电压回路：
不大于0.5VA/相。
【3】触点容量
交流（AC）：
5A，250V；
直流（DC）：
5A，30V。
【4】主要技术指标
（1）电动机额定工作电流：
Ie=（0.4～1.2）IN，级差0.01A；
（2）热过载保护
发热时间常数：
1～60min（分），级差0.01min；
冷却系数：
（1.00～4.50）倍，级差0.01倍；
正序电流发热系数：
电动机启动时取0.5；启动完毕取1.0；
负序电流发热系数：
3.00～10.00，级差0.01；
热报警系数：
0.60～1.00，级差0.01。
（3）定时限相电流保护（短路保护）
相电流：
0.1In～20In；级差0.01A，误差不超过2％；
时间定值：
0～99.9s；级差0.01s，误差不超过20ms。
（4）不平衡保护（两段负序电流保护）
负序电流启动值：
（0.10～1.00）In，级差0.01A；
负序电流时间常数：
0.10～99.9s，级差0.01s。
（5）接地保护（零序保护）
零序电流：
0.004In～In；级差0.01A，误差不超过5％；
时间定值：
0～99.9s；级差0.01s，误差不超过20ms。
（6）差动保护
差动电流：
0.01In～10In；级差0.01A，误差不超过2％；
比率制动系数：
0.1～0.9，级差0.01；
二次谐波制动系数：
0.1～0.9，级差0.01。
（7）堵转保护（定时限正序电流保护）
正序电流：
0.1In～10In；级差0.01A，误差不超过2％；
时间范围：
0～99.9s；级差0.01s，误差不超过20ms。
（8）启动时间过长保护
启动时间：
0～99.9s，级差0.01s。
（9）定时闭锁时间：
1～10min，级差0.01min。
（10）F-C电流闭锁：
闭锁电流：
（0～20）In，级差0.01A。
（11）低电压保护
电压：
5～100V；误差不超过2％；
时间：
0～9.9s；误差不超过40ms。
（12）失步保护
功率因数角度整定范围：
0°～60°；级差1°；
电流：
0.1In～10In;级差0.01A；
时间：
0～99.9s；级差0.01s。
（13）非同步冲击保护（低功率或逆功率）
低功率整定范围：
1%～20%额定功率；
逆功率整定范围：
-20%～1%额定功率；
时间：
0～9.9s；级差0.01s。
（14）失磁保护
同步电抗：
0～300.0Ω；级差0.01Ω；
暂态电抗：
0～300.0Ω；级差0.01Ω；
时间：
0～99.9s；级差0.01s。
（15）遥测量：
电压、电流：
0.2级；功率：
0.5级。
（16）遥信量分辨率不大于2ms。
【5】绝缘性能
IEC255-5标准
绝缘电阻：
100M/500V
耐压性能：
2.0kV/50Hz/1min
脉冲电压：
5kV/1.2μs/50μs/0.5J
【6】抗干扰性能
（1）脉冲干扰：
IEC255-22-1标准
共模：
2.5kV/1MHz/2s；
2.5kV/100kHz/2s；
差模：
1.0kV/1MHz/2s；
1.0kV/100kHz/2s。
（2）辐射电磁场干扰：
IEC255-22-3标准27～500MHz,10V/M。
（3）静电放电干扰：
IEC255-22-2标准接触放电6kV，空间放电8kV。
（4）快速瞬变干扰：
IEC255-22-4标准4kV。
【7】温度范围
正常工作温度范围普通型：
0℃～＋40℃；
加强型：
-30℃～75℃。
极限工作温度范围－10℃～＋50℃；
储存及运输温度－25℃～＋70℃；
【8】机械性能
（1）振动
振动响应：
10～150Hz，5.00m/s2
振动耐久：
10～150Hz，10.00m/s2
（2）冲击
冲击响应：
50m/s2/11ms/3次/每方向
冲击耐久：
150m/s2/11ms/3次/每方向
（3）碰撞：
100m/s2/16ms/1000次/每方向
【9】相对湿度：
95%
【10】海拔高度：
不大于3000m
3、功能配置及原理简介
【1】差动电流保护
本装置设电流差动保护，反应电动机内部相间短路，任一相电流差动保护动作瞬时跳闸。
本差动保护由差流速断和比率差动保护组成
（1）比率电流差动保护
①比率差动原理
比率差动动作判据如下：
当|IT+IN|/2≤Ie时，|IT+IN|>Icdqd
当|IT+IN|/2>Ie时，|IT+IN|-Icdqd>K1（|IT-IN|/2-Ie）
式中：
IT为电动机机端电流，IN为中性点端电流，Icdqd为电流启动定值，Ie为电动机额定工作电流，K1为比率制动系数。
差动电流满足上述条件，保护瞬时跳闸。
②二次谐波制动
在电动机启动过程中，启动电流最大可达6～7倍的额定电流，且保持时间长，TA在二次电缆很长或二次负载重等情况下，机端、中性点两侧TA暂态特性不一致引起的不平衡差流，可能导致比率差动误动。
由于电动机启动时差动电流中二次谐波分量较大，而内部故障时二次谐波分量很小，为防止在电动机启动过程中比率差动保护误动，设置二次谐波制动功能，其动作方程如下：
式中：
Icd2为A，B，C三相差动电流中二次谐波电流，K2为二次谐波制动系数，Icd为对应的基波差动电流。
任一相满足条件，闭锁比率差动保护。
③TA断线闭锁功能
为防止TA断线时保护误动作，保护在检测到TA断线时，闭锁比率差动保护。
TA断线判据如下：
机端、中性点的六（或四）路电流同时满足下列条件为TA断线：
a.差动保护启动；
b.一路无电流，其它各路电流基本无变化。
为防止在其它情况下误闭锁，满足下列任一条件，不进行TA判别：
a.启动前各侧最大相电流小于0.1Ie。
b.启动后最大相电流大于1.2Ie。
c.启动后任一路电流比启动前增加。
（2）差流速断保护
差动电流速断保护动作判据如下：
Icd>Isd
式中：
Isd为差动电流速断保护定值。
当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口。
【2】定时限电流保护
该保护作为电动机相间短路故障的主保护，在最大电流大于整定电流时，启动延时，经整定的延时动作于出口。
当时限整定为0s即为速断保护。
【3】不平衡保护（负序电流保护）
不平衡保护又称负序电流保护。
电源电压的不平衡将在电动机绕组中产生负序电流，该电流的值取决于电动机的负序阻抗对正序阻抗的比值，此比值大致是正常满负荷电流对启动电流之比。
由于负序电流在转子中感应涡流，引起电动机过热，为保护转子不受不平衡电流损害，热过载保护的动作方程中加入了负序电流热效应系数K2，对于严重的不平衡诸如断线、反向、匝间短路等故障，必须设置单独的不平衡保护。
电机启动时由于TA饱和等因素造成波形失真，从而导致负序保护误动，本装置设置两段负序电流保护，其中I段用于启动时，II段用于启动结束后。
其动作判据为：
ｔ２>Ａ／［（Ｉ２／Ｉ２ｚｄ）2－１］
式中：
ｔ２为动作时间，Ａ为时间常数，Ｉ２负序电流，Ｉ２ｚｄ负序动作电流整定值。
【4】堵转保护（定时限正序电流保护）
堵转保护作为电动机短路的高灵敏后备保护，在电动机启动过程中闭锁，启动结束后自动投入。
当正序电流大于整定值时启动延时，并经整定延时动作于出口。
【5】启动时间过长保护
电动机启动时间过长主要造成转子过热，所以，当启动时间超过整定启动时间，保护跳闸。
电动机的启动电流大于10%Ie时，启动时间开始计时，当启动电流减小到112%Ie时，认为启动结束。
【6】接地保护
本装置设接地保护，可由控制字整定为出口跳闸或仅用于报警信号。
当零序电流大于其定值，且功率方向元件判为正方向，同时满足其整定时限时，接地保护元件动作。
零序功率方向元件适用于中性点不接地系统；零序电流正方向为母线流向线路，其动作判据如下：
10°≤arg（U0/I0）≤170°
【7】低电压保护
当母线电压短时中断时，一些不允许或不需要自启动的电动机，必须从电力网中断开；当母线电压过低时，需按电动机的重要程度，分步切除，保证重要电动机的运行；因此需配置低电压保护。
当电动机供电母线三相相间电压均下降（对称或不对称电压降落）到该电动机低电压保护动作整定值时，保护动作，并经整定时限出口跳闸。
【8】热过载保护
热过载保护主要防止由过负荷、定子断线等引起的电动机过热，也作为电动机短路、启动时间过长、堵转等其它故障的后备保护。
考虑到正、负序电流的热效应不同，采用热等效电流Ieq，其表达式为：
Ｉeq2＝Ｋ1Ｉ12＋Ｋ2Ｉ22
其中：
Ｉeq：
实际运行等效电流
Ｉ1：
实际运行电流的正序分量
Ｉ2：
实际运行电流的负序分量
Ｋ1：
正序电流热效应系数，为躲过启动电流，启动时取0.5，启动后取1
Ｋ2：
负序电流热效应系数
电动机的运行时间/电流关系可用如下公式表示：
ｔ＝τ１／［（Ｉeq/Ie）2－1.052］
式中：
τ１为发热时间常数
热过载保护分两段：
当热积累达到热报警动作值（整定为0.60～1.00热跳闸动作值）时，发过热报警信号；当热积累超过热跳闸动作值时，发保护动作信号并出口跳闸。
当电动机工作时，散热时间常数τ２等于发热时间常数τ１，当电动机停运时，电动机的散热效果变差，为了补偿这种情况，电动机停运时，散热时间常数自动增加到原来的1～4.5倍，即τ２=Kcτ１，Kc为冷却系数。
电动机在过热跳闸后，热含量大于50%时，跳闸继电器才复归，避免电动机在温度过高时启动。
【9】热过载闭锁
当电动机由运行到停运时，根据电动机的热含量闭锁电动机启动回路，以防止在短时间内重新启动而造成电动机过热。
正常停机且热含量大于80%时，闭锁启动回路。
热过载保护、不平衡保护、堵转保护、启动时间过长动作停机，且热量大于50%，闭锁启动回路。
其它变保护动作且热含量大于80%时，闭锁启动回路。
当热量小于上述定值时，闭锁自动解除。
装置面板上设有热含量复归按钮（组合键：
E+-），按下该组合键，热含量自动清零，以供需要紧急启动时解除闭锁和试验用。
【10】定时限闭锁
在电动机启动过程结束后，固定闭锁电动机合闸回路n分钟，以防止无时间间隔地重复启动造成电动机过热。
当启动电流大于112%Ie时，闭锁在启动电流下降到112%时动作。
当启动电流小于112%Ie时，闭锁在启动时间结束时动作。
当启动过程中止时，闭锁在中止时动作。
【11】F-C闭锁
当用于熔断器-高压接触器构成的开关柜时，如果任何一相的短路电流超过了接触器可以断开的最大电流时，保护出口被闭锁，接触器不能断开，由熔丝熔断切除故障。
【12】失步保护
该保护用于同步电动机。
失步保护在电动机启动结束后自动投入，在电动机失步时，带时限动作。
对于重要电动机，动作于再同步控制回路，不能再同步或不需要再同步的电动机，则动作于跳闸。
该保护动作出口有两种：
一种动作于再同步控制回路，另一种动作于断路器跳闸和励磁开关跳闸。
本装置的失步保护配置两种原理，供用户选择。
（1）反映定子电压与电流间相角变化的失步保护
该失步保护应用检测电动机的功率因数角度的原理构成，同步电动机正常运行时一般工作于过激状态，功率因数角度Φ为负；当同步电动机失步时必定为欠激状态，Φ为正。
保护动作区为：
Φzd＜Φ＜１８０°－Φzd
式中：
Φzd为功率因数角度整定值，Φ为实际测量功率因数角度。
为防止电动机空载时和其它情况下保护误动，设有定子低电流闭锁元件。
（2）反映定子过负荷的失步保护
该失步保护用于短路比在0.8及以上，且负荷平衡的电动机。
该失步保护根据同步电动机失步时,定子电流要增加的原理构成。
保护具有反时限特性。
该保护的动作判据为：
ｔ>ＢＩｚｄ２／Ｉ２
式中：
ｔ为动作时间，Ｂ为时间常数，按1倍整定电流下的动作时间作为整定值，Ｉ实际电流，Ｉｚｄ动作电流整定值。
【13】失磁保护
失磁保护反应同步电动机励磁回路故障引起的异步运行。
失磁保护在电动机启动结束后自动投入，也可由压板或外部接点控制投入。
失磁保护动作于断路器跳闸和励磁开关跳闸。
本保护采用异步阻抗圆如图1所示，动作判据为：
90°式中：
U1、I1：
正序电压、电流，Xd：
同步电抗，X'd：
暂态电抗。
满足上式经延时保护动作于跳闸。
jX
Xd
X'd/2
R
图1失磁保护异步阻抗圆
【14】非同步冲击保护
非同步冲击保护采用低功率或逆功率保护原理，用于防止电源中断再恢复时造成同步电动机的非同步冲击，逆功率保护也可用于大型同步电动机近处系统发生三相短路时防止电机送出的逆功率对系统的危害。
低功率保护适用于母线上没有其它负荷的情况，低功率保护通过开关位置接点来进行闭锁；而逆功率保护适用于母线上有其它负荷的情况。
该保护动作出口有两种：
一种动作于再同步控制回路，另一种动作于断路器跳闸和励磁开关跳闸，对于重要电动机，动作于再同步控制回路，不能再同步或不需要再同步的电动机，则动作于跳闸。
有功功率采用下式计算：
Ｐ＝ＵaＩacosφa＋ＵbＩbcosφb＋ＵcＩccosφc
当定值整定为1%～20%的额定功率时，即为低功率保护；当定值整定为-20%～1%的额定功率时，即为逆功率保护。
【15】TV断线
当TV满足三相电压都小于20V或三线电压两两之差的绝对值中至少有一个大于18V，且有流条件满足时，装置报TV断线故障，发告警信号。
可通过设置控制字投入或退出该功能。
TV断线时，若TV断线保护投/退定值整定为投入状态，一旦TV断线，自动退出保护的电压元件和方向元件；若TV断线保护投/退定值整定为退出状态，一旦TV断线，自动退出带电压或方向元件的保护。
【16】控制回路断线
对于采用断路器控制的电动机，控制回路断线采用合、跳位继电器的组合触点接入，经软件判断控制回路是否正常。
故障时经0.2s延时发控制回路断线信号。
【17】熔断器熔断
对于F-C（熔断器-高压接触器）控制的电动机，当电动机三相电流突变为零，电压正常且接触器在合位时，经1s延时发熔断丝报警信号。
【18】硬件故障
开出回路、模入回路、网络接口等硬件故障一旦发生，将显示故障信息，并驱动告警继电器闭锁开出回路。
【19】遥测、遥信、遥控、遥调功能
装置具有遥测、遥信、遥控及遥调功能。
遥测：
I、U、P、Q、F、电度kWh、Varh。
遥信：
各保护动作信号及开入量变位信号,保护动作时记录动作时刻的故障特征量。
遥调：
远方调定值、修改定值、时钟等。
遥控：
断路器、开关等设备的分、合。
【20】网络通信
装置可直接与监控或保护管理机通讯，通讯接口标准配置为CAN现场总线和RS－485工业总线，也可根据用户需要配置双CAN网或RS－422或LONWORKM网。
4、动作信息
保护动作信息分装置告警信息、保护动作及异常信息。
告警信息及代号如表2所示，保护动作及异常信息及代号如表3所示。
表2装置告警信息表
序号
代号
显示及说明
中央信号（动作继电器）
1
11
开出回路故障
保护异常（XJ2）
2
12
模入回路故障
保护异常（XJ2）
3
13
CAN网络接口故障
保护异常（XJ2）
4
97
RS-485接口故障
保护异常（XJ2）
5
102
定值出错
保护异常（XJ2）
6
219
数据存储区出错
保护异常（XJ2）
7
220
程序存储区出错
保护异常（XJ2）
8
221
测频回路故障
保护异常（XJ2）
9
222
装置地址出错
保护异常（XJ2）
10
223
电度系数出错
保护异常（XJ2）
11
225
时钟出错
保护异常（XJ2）
12
226
模拟量系数出错
保护异常（XJ2）
表3保护动作及异常信息表
序号
代号
显示及说明
中央信号（动作继电器）
1
24
比率电流差动保护
保护动作（CKJ1，XJ1）
2
23
差动电流速断保护动作
保护动作（CKJ1，XJ1）
3
1
定时限电流保护
保护动作（CKJ1，XJ1）
4
94
负序电流I段动作
保护动作（CKJ1，XJ1）
5
96
负序电流II段动作
保护动作（CKJ1，XJ1）
6
158
堵转保护动作
保护动作（CKJ1，XJ1）
7
159
启动时间过长保护动作
保护动作（CKJ1，XJ1）
8
4
接地保护跳闸
保护动作（CKJ1，XJ1）
9
5
接地保护告警
保护异常（XJ2）
10
145
热过载报警
过热报警（XJ3）
11
146
热过载跳闸
保护动作（CKJ1，XJ1、XJ3）
12
18
低电压保护
保护动作（CKJ1，XJ1）
13
147
定子过负荷型失步保护动作
保护动作（CKJ1，CKJ6，CKJ7，XJ1，）
14
148
功率角度型失步保护动作
保护动作（CKJ1，CKJ6，CKJ7，XJ1，）
15
139
失磁保护动作
保护动作（CKJ1，CKJ7，XJ1）
16
140
非同步冲击保护（低功率）
保护动作（CKJ1，CKJ6，CKJ7，XJ1，）
17
141
非同步冲击保护（逆功率）
保护动作（CKJ1，CKJ6，CKJ7，XJ1，）
18
131
熔断器熔断
保护异常（XJ2）
19
10
控制回路断线
保护异常（XJ2）
20
37
TV断线
保护异常（XJ2）
21
233
跳闸失败
保护异常（XJ2）
5、保护定值
【1】定值清单
保护定值清单如表4所示。
表4保护定值表
序号
代号
定值名称
整定范围
整定步长
1
229
保护总压板投/退
投入/退出
2
244
额定工作电流
1～6A
0.01A
3*
51
差动速断投/退
投入/退出
4*
52
差动速断电流定值
2IN～15IN
0.01IN
5*
39
比率差动投/退
投入/退出
6*
50
最小动作（或启动）电流
0.1IN～2IN
0.01IN
7*
241
最小制动（或拐点）电流
0.4IN～4IN
0.01IN
8*
40
比率差动制动系数K1
0.1～0.9
0.01
9*
73
二次谐波制动投/退
投入/退出
10*
74
二次谐波制动系数K2
0.1～0.9
0.01
11*
7
TA断线闭锁差动保护
投入/退出
12
13
定时限电流保护投/退
投入/退出
13
15
定时限电流保护电流定值
0.1IN～20IN
0.01A
14
14
定时限电流保护时限
0～99.9s
0.01s
15
83
负序电流I段投/退
投入/退出
16
81
负序电流I段定值
0.1IN～10IN
0.01A
17
245
负序电流I段时间常数
0～99.9s
0.01s
18
86
负序电流II段投/退
投入/退出
19
84
负序电流II段定值
0.1IN～10IN
0.01A
20
1
负序电流II段时间常数
0～99.9s
0.01s
21
2
堵转保护投/退
投入/退出
22
4
堵转保护电流定值
0.1IN～10IN
0.01A
23
5
堵转保护时限
0～99.9s
0.01s
24
222
启动时间过长投/退
投入/退出
25
221
启动时间
0～99.9s
0.01s
26
203
接地保护告警投/退
投入/退出
27
204
接地保护跳闸投/退
投入/退出
28
180
零序电流保护定值
0.004IN～IN
0.001A
29
181
零序电流保护时限
0～99.9s
0.01s
30
77
热过载保护投/退
投入/退出
31
214
发热时间常数
1～60min
0.01min
32
215
过热报警系数
0.60～1.00
0.01
33
216
负序发热系数
3.00～10.00
0.01
34
217
冷却系数
1.00～4.50倍
0.01倍
35
61
低电压保护投/退
投入/退出
36
56
低电压保护定值
5～100V
0.1V
37
57
低电压保护时限
0～9.9s
0.01s
38
252
定时限闭锁时间
0～9.9min
0.01min
40**
135
定子过负荷（失步保护）投/退
投入/退出
41**
126
定子过负荷（失步保护）定值
0.1IN～10IN
0.01A
42**
133
定子过负荷（失步保护）时限
0～99.9s
0.01s
43**
218
功率角度型失步保护投/退
投入/退出
44**
92
功率因数角度
0°～
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