SAI-3482D数字式同步电动机综合保护装置

一、概述

SAI3482D数字式电动机后备保护装置，用于 3-10KV 电压等级高压同步电动机保护测控，可在开关柜就地安装。

保护功能配置

l 电流速断保护

l 过电流保护

l 零序接地保护

l 负序过电流保护

l 过热保护

l 低压保护

l 过负荷保护

l 差动保护

l 差速保护

l 失磁保护

l 失步保护

l 低功率保护

测控功能配置

l 11路强电遥信开入采集

l 装置失电告警，装置事故信号，装置告警信号

l 断路器遥控分合

l 模拟量遥测：Ia、Ib（选配，订货时须注明）、Ic、Ua、Ub、Uc、P、Q、COSθ

二、保护原理说明

2.1 启动时间元件

装置测量电动机起动时间Tstart的方法：当电动机的相电流从零突变动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过整定的允许起动时间Tstart时，保护动作于跳闸。

同步电动机起动电流特性

2.2、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、启动时间过长、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，在电动机启动过程中K₁＝0.5，启动完毕恢复K₁＝1

K₂－负序电流发热系数，K₂=3～10,可取K₂＝6

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_∞－启动电流，即保护不动作所要求的规定的电流极限值

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。装置用热含量来表示电动机的热过程，热含量与定子电流的平方成正比，通过换算，将其量纲化成反映电动机过负荷能力的时间常数τ。当热含量值达到τ时，装置即跳闸。当热含量达到Ka×τ，发过热告警信号，其中，Ka为告警系数，其取值范围为：

根据电动机可连续启动两次的原则，每次启动其热积累不应大于50%跳闸值，所以当热积累值下降到50%以下时，装置合闸闭锁接点返回。过热保护跳闸后，装置的热记忆功能启动，输出接点一直闭合，直到热积累值下降到50％以下，过热合闸闭锁接点返回，这时电动机可以重新启动。紧急情况，要求立即启动时，可对装置进行热复归操作。

启动电流I_∞可按额定电流Ie的1.05～1.15倍整定。

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为启动电流倍数，θ₀为电动机启动时的温升，Tstart为电动机的启动时间。

2.3、差动速断保护

当任一相差动电流大于差动速断整定值时，动作于出口继电器。

其动作条件如下：

其中 Id为差流，Isd为差动速断定值

2.4、比率差动保护

本装置采用常规比率差动原理，动作判据如下：

| Id |≥Iqd 当Ir≦Ig时

| Id | - Iqd≥ K1 *| Ir - Ig | 当Ir > Ig时

其中： Id 为差动电流；

Iqd 为起动电流；

Kzd为比例制动系数；

Ir 为制动电流；

Ig 为拐点电流；

设Ih为电动机机端电流，Il为电动机中性点电流；

则：差动电流Id、制动电流Ir 根据下式计算

Id = |Ih + Il|

Ir = |Ih - Il| / 2

程序中按相判别，任何一相满足以上动作判据时，差动动作，动作特性如下图所示。

差动保护动作特性图

其动作逻辑如下：

2.5、低功率保护

低功率保护适用于母线上没有其它负荷的情况，低功率保护由开关位置接点闭锁。低功率元件可由“控制字二”中选择的“低功率跳闸”或是“低功率告警”。

2.6、失磁保护

采用异步边界失磁阻抗圆作为主判据，另加负序电压闭锁共同构成同步电动机的失磁保护，负序电压闭锁可由“压板投退”控制字中的“负序闭锁失磁”投退。在电动机起动和 TV 断线时闭锁失磁保护，失磁保护可以在电动机起动完毕时自动投入，也可由压板或外部接点控制投入，若采用压板或外部接点控制投入，则必须将“功能选项”控制字中的“失磁投入方式”选为“手动”。

2.7、失步保护

以检测同步电动机功率因数角为主判据，同时加其静稳边界曲线及低电流闭锁共同构成同步电动机的失步保护，静稳边界判别及低电流闭锁功能可分别由“压板投退”控制字中的“失步静稳判据”和“低流闭锁失步”来投退。在电动机起动和 PT 断线时闭锁失步保护，失步保护可以在电动机起动完毕时自动投入，也可由压板或外部接点控制投入，若采用压板或外部接点控制投入，则必须将“功能选项”控制字中的“失步投入方式”选为“手动”。失步保护可动作于再整步回路或跳闸。

2.8、速断保护

作为电动机绕组及引出线发生相间短路时的主保护。当机端（电源侧）相电流值大于整定电流时，保护瞬时动作于跳闸。

速断保护电流整定值包括电动机起动时的速断电流定值 Isdq和运行中的速断电流定值 Isd，Isdq可按躲过电动机在额定负荷下的起动电流来整定，即：Isdq=kk×Iqd（式中：kk-可靠系数，可取为 1.3，Iqd-电动机的起动电流）；Isd可按躲过区外短路故障时流过电动机的电流来整定，一般可取为Isdq的一半，即 Isd=0.5×Isdq。

当电动机起动时，速断电流定值自动设定为 Isdq，当电动机起动完毕，速断电流定值自动设定为 Isd，这样，既可防止起动过程中因起动电流过大引起的误动，同时还能保证正常运行中保护有较高的灵敏度。 速断保护设有一段延时，当延时整定为 0 时，即为瞬时动作。若电动机采用熔断器-高压接触器（F-C）回路控制，则保护可经设定的延时跳闸以躲过熔断器熔断时间。

2.9、 过负荷保护

过负荷保护设二段延时 t1 和 t2，当相电流大于整定值时，经延时 t1 发过负荷告警信号，经延时 t2 动作于跳闸。

过负荷保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。

2.10、零序过流保护

电动机接地电流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，微机式电动机保护设计为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。

其动作逻辑如下：

其中I0为零序电流，I0d为零序电流定值

2.11、过流保护

本装置设定过流保护，当电流大于整定电流且达到整定时间后，过流保护出口。

过流保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。

其中Ia、Ib、Ic为相电流，In为电流定

2.12、负序过流

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。在电动机正常运行时，由于供电电源的不对称，存在一定的负序电流，该电流不会过30%Is，负序保护的整定应能躲过此负序电流，即按0.3Is整定。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

注意：整定值部分反时限时间为上面表达式中分子的乘积值，单位是秒，整定范围是（0.4～80）。

2.13、低电压保护

当供电母线电压短时降低或短时中断时，为防止电动机自起动时使电源电压严重降低，须在一些次要电动机或不需自起动的电动机上装设低电压保护。当相间电压均低于整定电压，保护经整定的延时动作。低电压定值可按躲过电动机起动时的*DI电压整定。低电压保护可经无流闭锁﹑TWJ 位置闭锁和 PT 断线闭锁，分别通过“压板投退”控制字中的“无流闭锁低压（保护）”﹑“跳位闭锁低压（保护）”和“PT 断线闭锁（相关保护）”投退。为防止现场操作 TV 回路时低电压保护误动作，可将装置面板上的低压保护投退开关拨到退出位置。

2.14 数据记录

功能同SAI318D。

2.15、遥信、遥测、遥控功能

功能同SAI318D。