王 旅

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441041）

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異步電動機堵轉(zhuǎn)保護整定探討

王 旅

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441041）

主要從保護原理、動作判據(jù)、負載率、運行維護等方面，探討了6kV異步電動機堵轉(zhuǎn)保護的整定原則。

異步電動機；堵轉(zhuǎn)保護；整定

發(fā)電廠中，6kV異步電動機（以下簡稱電動機）一般配置有高性能微機綜合保護裝置，實現(xiàn)過流、接地、堵轉(zhuǎn)、過熱等保護功能。堵轉(zhuǎn)保護中“堵轉(zhuǎn)”的含義，不同于文獻［1］中“堵轉(zhuǎn)”的含義，后者是指電動機出廠試驗時，將轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)動（轉(zhuǎn)差率S=1.0），前者是指電動機運行中（含起動階段），因機械原因?qū)е罗D(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速以下，造成堵轉(zhuǎn)的原因有機械負載卡澀、動靜部分摩擦等。

電動機堵轉(zhuǎn)分起動時堵轉(zhuǎn)和運行中堵轉(zhuǎn)，兩種堵轉(zhuǎn)工況由不同保護功能實現(xiàn)。以北京四方公司生產(chǎn)的CSC-237A綜合保護為例，該裝置配置有起動超時保護和堵轉(zhuǎn)保護，起動超時保護反應(yīng)電動機起動時堵轉(zhuǎn)工況，堵轉(zhuǎn)保護反應(yīng)電動機運行中堵轉(zhuǎn)工況。起動超時保護原理如下：電動機起動時，在起動時間（可整定）到達后，若定子電流I1降不到1.2IN以下，則判為電動機堵轉(zhuǎn)，起動超時保護動作跳開電動機，IN為電動機額定電流。起動超時保護在實際運行中非常有用，漿液循環(huán)泵內(nèi)漿液凝固、風(fēng)機蝸殼帶水、循環(huán)水泵出口蝶閥卡澀均能可靠正確地反應(yīng)。運行中堵轉(zhuǎn)工況由堵轉(zhuǎn)保護實現(xiàn)，該保護在電動機起動過程中退出，起動結(jié)束后自動投入，堵轉(zhuǎn)保護即運行中過電流保護。以下將著重討論運行中堵轉(zhuǎn)保護的整定原則。

1 堵轉(zhuǎn)保護動作判據(jù)

電動機穩(wěn)定運行時，負載轉(zhuǎn)矩TL等于輸出轉(zhuǎn)矩T2，輸出功率 P2∝T2×n=TL×n，n為電動機轉(zhuǎn)速。當(dāng) TL達到額定轉(zhuǎn)矩 TN時，輸出功率和定子電流分別達到額定功率PN和額定電流IN，轉(zhuǎn)速n亦降至額定轉(zhuǎn)速nN。因此，運行人員通過監(jiān)視定子電流的大小，可以大致判斷電動機的負載率［4］。當(dāng)TL＞TN或P2＞PN時，電動機呈現(xiàn)堵轉(zhuǎn)運行工況，定子電流將超過額定電流，同時轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速，定子電流隨負載轉(zhuǎn)矩或輸出功率增大而增大，二者不存在線性關(guān)系。綜上所述，堵轉(zhuǎn)保護可用定子電流和轉(zhuǎn)速作為動作判據(jù)，二者構(gòu)成“與”邏輯關(guān)系，文獻［3］亦推薦堵轉(zhuǎn)保護引入轉(zhuǎn)速開關(guān)觸點信號。

2 正常運行時電動機的負載率

某 600MW機組滿負荷運行時，與機組負荷有關(guān)的部分電動機輸入功率P1見表1由CSC-237A綜合保護裝置計算，從電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）后臺直接讀出，6kV廠用母線電壓U基本穩(wěn)定，cosφ在額定工況附近時基本不變。表1同時給出了ΔP0和ηN兩個參數(shù)，ΔP0為電動機空載有功損耗，ηN為電動機額定效率，ΔP0和ηN可從電動機出廠資料中獲得。額定負載時的有功損耗ΔP0=（1-ηN）PN/ηN，負載率β 計算公式如下［4］：

從表1可以看出，機組滿負荷運行時，風(fēng)機類負載率不超過50%，水泵類負載率可達85%，負載率β 與設(shè)計裕度、工作介質(zhì)、調(diào)節(jié)方式（動葉調(diào)節(jié)或靜葉調(diào)節(jié)）、驅(qū)動方式（單軸拖動或多軸拖動）等因素有關(guān)。

表1　電動機運行時的負載率

3 堵轉(zhuǎn)保護增加轉(zhuǎn)速信號的可行性

電動機額定工況下運行時，額定轉(zhuǎn)差率 SN= （ns-nN）/ns，ns為同步轉(zhuǎn)速。文獻［5］給出了最大電磁轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率Sm較準(zhǔn)確計算公式：

式中，Tmax為最大電磁轉(zhuǎn)矩，Km為最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，其值可從電動機出廠資料中獲得，Sm用試湊法求得。依據(jù)《電機學(xué)》理論，0＜S＜Sm屬于電動機穩(wěn)定運行區(qū)，其中，0＜S＜SN屬于正常運行區(qū)，SN＜S＜Sm屬堵轉(zhuǎn)運行區(qū)。表2給出了表1電動機nN、ns、Km等參數(shù)及SN和Sm計算值，nN和ns單位為r/min。

表2　堵轉(zhuǎn)運行區(qū)轉(zhuǎn)速變化區(qū)間

從表2可以看出，電動機堵轉(zhuǎn)運行時，其轉(zhuǎn)速偏離額定轉(zhuǎn)速并不遠，尤其是低負載率的風(fēng)機。如在電動機基座上安裝一套高精度的轉(zhuǎn)速測量裝置，將其開關(guān)量或模擬量輸出送至數(shù)百米之外的綜合保護裝置內(nèi)，很不現(xiàn)實。另外，電動機大多露天布置，運行環(huán)境中的粉塵、水汽、油污等，將直接影響轉(zhuǎn)速測量裝置的工作性能。因此，從設(shè)備維護角度考慮，堵轉(zhuǎn)保護加裝轉(zhuǎn)速信號不切實際，目前國內(nèi)知名保護廠家，其綜合保護裝置均未提供轉(zhuǎn)速開關(guān)接口，堵轉(zhuǎn)保護僅用定子電流作為動作判據(jù)。

4 整定堵轉(zhuǎn)保護需考慮的因素

4.1電流定值不宜整定過高

依據(jù)電動機功率平衡式，輸出功率 P2= （1-S）Pem-Pfw-Ps，Pem為定子傳遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率，Pfw為風(fēng)摩耗，Ps為附加損耗，Pem∝Tem×ns。電動機在堵轉(zhuǎn)工況下運行時，轉(zhuǎn)差率S變化不大（由SN增大至Sm），Pfw與負載無關(guān)，Ps在輸入功率變化不大的情況下基本不變，P2隨電磁轉(zhuǎn)矩 Tem增大而增大。當(dāng)Tem達到最大值Tmax時（對應(yīng)于轉(zhuǎn)差率Sm），P2亦達到輸出功率的最大值。

當(dāng) P2達到最大值時，輸入功率 P1以及定子電流也達到最大值，該最大定子電流與電動機參數(shù)和負載性能有關(guān)。若電流定值整定得大于該最大定子電流，電動機已進入不穩(wěn)定運行區(qū)，保護定值沒有意義。

4.2正常運行時的最大負載率和負載系統(tǒng)的拖動方式

對于同樣的損壞程度，負載率越低的電動機，其所需的負載轉(zhuǎn)矩就越小，對應(yīng)的定子電流就越小。帶有減速機和液力偶合器的多軸拖動系統(tǒng)，很容易因為機械原因造成電動機堵轉(zhuǎn)，普通的單軸拖動系統(tǒng)則不容易過負荷。

4.3應(yīng)充分發(fā)揮電動機較強的過負荷能力

文獻［2］對電動機偶然過電流規(guī)定如下：額定輸出在315kW及以下和額定電壓在1kV及以下的多相電動機，應(yīng)能承受1.5倍額定電流，歷時不小于2min的偶然過電流。對于6kV電動機，則沒作規(guī)定。6kV電動機特別是大功率電動機（如本例引風(fēng)機），故障后修理難度大，訂貨周期長，建議其偶然過電流時間按0.8×2min≈100s考慮。

5 堵轉(zhuǎn)保護建議整定原則

單軸拖動采用動葉調(diào)節(jié)的風(fēng)機類負載，如鍋爐引風(fēng)機和送風(fēng)機，正常運行時壓頭低風(fēng)量大，負載率較低，堵轉(zhuǎn)電流定值可整定為1.5IN，堵轉(zhuǎn)延時整定為100s。單軸拖動的水泵類負載，以及采用靜葉調(diào)節(jié)的風(fēng)機類負載，如采用熱風(fēng)送粉的一次風(fēng)機，正常運行時負載率雖高，但因其額定功率按最大工況設(shè)計，堵轉(zhuǎn)電流定值也可整定為1.5IN，堵轉(zhuǎn)延時整定為100s。

輸煤皮帶、鋼球磨煤機等采用減速機拖動（多軸拖動系統(tǒng)），正常運行時負載率高，且容易過負荷（堵煤或減速機故障），堵轉(zhuǎn)電流定值可整定為2.0IN。電動機在堵轉(zhuǎn)運行區(qū)內(nèi)，轉(zhuǎn)速變化不大，散熱情況與正常運行時接近，如將電動機本體看成一個絕熱體（與外界無熱交換），2.0IN下允許運行時間大致為 1.52×100/22≈60s。電動給水泵和氧化風(fēng)機可參照輸煤皮帶整定，前者帶有液力偶合器，后者采用多級壓縮，運行經(jīng)驗表明，上述設(shè)備容易過負荷。

6 運行中需注意的問題

堵轉(zhuǎn)保護采用定時限特性，堵轉(zhuǎn)電流定值對應(yīng)于某一堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)功率，當(dāng)輸出功率P2介于額定功率和堵轉(zhuǎn)功率之間時，堵轉(zhuǎn)保護將不能起動。針對上述堵轉(zhuǎn)工況，除常規(guī)電流監(jiān)視外，還應(yīng)通過過負荷保護告警，及時提醒運行人員采取措施，避免設(shè)備進一步損壞。過負荷保護動作電流Iop可按躲過電動機額定電流 IN整定，Iop=Krel/Kr×IN≈1.17IN，可靠系數(shù)Krel=1.05，返回系數(shù)Kr=0.9。

7 結(jié)論

應(yīng)根據(jù)負載的性質(zhì)和拖動方式，來確定堵轉(zhuǎn)保護的整定原則。

［1］GB/T 1032—2012. 三相異步電動機試驗方法［S］.

［2］GB 755—2008. 旋轉(zhuǎn)電機 定額和性能［S］.

［3］GB/T 14598.303—2011. 數(shù)字式電動機綜合保護裝置通用技術(shù)條件［S］.

［4］周鄂. GB/T 12497—2006東南大學(xué). 電機學(xué)［K］［S］.

Study on Locked-Rotor Protection Setting of Asynchronous Motor

Wang Lv
（Hubei Huadian Xiangyang Power Generation Co.，Ltd，Xiangyang，Hubei 441041）

Study on locked-rotor protection setting principles of 6kV asynchronous motor，from protection principle、operating component、load coefficient、operation and maintenance and so on.

asynchronous motor； locked-rotor protection； setting

王 旅（1970-），男，湖北松滋人，本科，工程師，主要從事電氣二次專業(yè)技術(shù)管理工作。