电动机的反时限保护特征在企业的运行分析

孟庆武，车郁

（1.本溪钢铁股份有限公司计控厂，辽宁本溪117000；2.本溪市电视台，辽宁本溪117000）

电动机的反时限保护特征在企业的运行分析

孟庆武1，车郁2

（1.本溪钢铁股份有限公司计控厂，辽宁本溪117000；2.本溪市电视台，辽宁本溪117000）

论述了电机的反时限保护在企业的运行特征，并针对本钢应用的电磁型GL反时限继电器存在的问题进行剖析，并详细介绍了目前广泛应用的电动机的微机型综合保护装置，并以国内两个系列产品作为例子进行分析论述，阐明了微机型综合保护装置在企业实际工况中的应用和注意的问题。

反时限；保护；综合保护装置；电动机

1 引言

本钢供电系统近年来的改造与新建项目，对电机的保护广泛采用了综合保护装置，与传统的GL型继电器相比，其反映故障更灵敏，且可视化，可以监测电机启动与运行时的电流与电压，所以更可靠地实现了对电机的故障判断与分析。

2 定时限与反时限过流保护的原理

定时限过电流保护一般作为主保护的后备保护，保护动作时限是固定的，与短路电流大小无关。为了满足保护选择性的要求，保护装置动作时间是从用户到电源逐级增加，越靠近电源，保护动作时间越长。保护特性的形状像一个阶梯，故亦称为梯形时限特性。

反时限过电流保护是指动作时间随短路电流的增大而自动减小的保护。使用在输电线路上的反时限过电流保护，能更快地切除被保护线路首端的故障。反时限特性：流过熔断器的电流越大，熔断时间越短。反时限就是保护装置的动作时间与通过继电器的电流(或故障电流)大小成反比关系。

由于反时限过流保护的动作电流随时间变化的特点，与电动机的过负荷曲线（过热曲线）非常一致，一般要求过负荷装置的时限特性最好是与电动机的过负荷特性一致，并比它稍低一些，按照这一要求，6～10 kV电动机的过负荷保护装置一般采用有反时限特性的过电流继电器。

3 传统的GL型继电器

3.1 GL型反时限过电流继电器的特性

最初在电机过负荷保护中广泛采用的是GL型继电器，一般为GL-10（20）型反时限过流继电器，这种型号的继电器由感应型反时限元件和电磁型速断元件两部分组成。感应型的电流继电器的动作时间随电流增大而减小的特性称作反时限特性，当电流增大到某一数值时，磁路饱和，电磁转矩不再增加，动作时间保持恒定，此即定时限特性。GL-10系列继电器的感应元件的定时限部分约在大于10倍动作电流时出现。继电器的动作电流可用改变电流整定插孔的位置来整定。动作时间的曲线整定则由改变时间整定把手来整定。电磁型速断元件的整定利用整定旋钮改变衔铁右端与电磁铁之间的间隙，可以改变速断元件的动作电流，此间隙越小，速断元件的动作电流越小，其范围可达感应元件动作电流的2～8倍。

3.2 GL型反时限过电流继电器的特点

优点：所用继电器数量大为减少，一种GL型电流继电器就基本上能取代定时限过流保护的电流继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器等一系列继电器，因此投资少、接线简单，而且可同时实现电流速断保护。由于GL型继电器的触点容量大，所以可直接接通跳闸线圈，且适合交流操作。

缺点：动作时间整定比较复杂，继电器动作误差较大，当短路电流较小时，其动作时间可能相当长，延长了故障持续时间。

在目前本钢发电厂三电车间还在采用GL型继电器作为11台炉电机的保护，但在实际应用中常出现烧接点，且在电机启动时常常起不来，为保证其正常启动，有的已无法整定。

供水厂三水源变电所的电机保护屏（采用的是GL-10系列产品）就设定在水泵电机的附近，GL型继电器受震动后误动，造成电机启动时无法正常启动。

针对上述存在问题，目前本钢各在线厂矿在新建及改造项目时采用了综合保护装置作为了电机的主后备保护，在实际运行中，综合保护装置确实体现出优越性。

4 综合保护装置反时限的保护原理

4.1 综合保护装置反时限保护的原理

目前本钢各厂矿采用的电机保护装置主要有DCAP-3010、3011及DEP-595N、DEP-850N及西门子的7UM62等，按其采用的基本原理可分为三种反时限方式，即：一般反时限，非常反时限，极端反时限。各个厂家在其计算方法上有所区别，以国内厂家进行比较和分析。

DCAP-3000系列的一般反时限原理：

式中，FS——反时限系数；

I——主回路二次电流；

Ip——反时限保护启动电流；

t——动作时间。

DEP系列反时限保护（过流3段）依然分为三类：

式中，TP——时限定值；

I——动作量（对应过流3段，I为最大相电流）；

Ip——动作定值（对应过流3段，Ip为过流三段定值）。

从其判别公式来看，其基本原理是相同的，主要利用整定反时限的启动电流与反时限的曲线系数来确定某一条反时限的曲线。由于反时限特性和反时限参数可设置，可组成无数个反时限曲线簇供用户选择，适用范围广，在实际应用时，可根据设备的运行曲线选择合适的反时限特性曲线。

4.2 两种综合保护装置反时限保护的区别

DEP-595N及DEP-820保护装置的反时限保护曲线只能设定一条，也就是说在设定时要求整定人员需综合考虑电机启动和运行两种情况，同时需根据电机的负荷情况，根据电机是风机类、球磨类、水泵类、空压机类以及是否带载启动方式来综合考虑。

DCAP-3010、DCAP-3010A保护装置的反时限保护可以设定启动前与启动后两条曲线，启动前与启动后根据判断断路器的开关位置，用启动时间划分启动与运行，在实际应用中这种设计思维为整定人员的设定定值提供了方便，同时实现了对电机本身启动与运行情况的全方位保护。

4.3 反时限保护装置的整定举例

4.3.1 DCAP-3010A保护装置

供水厂三连铸水处理变电所的转炉氧枪供水采用的是紫光DCAP-3010A，水泵为560 kW的笼型电机，其额定电流为40.4 A，其回路的电流互感器的变比为100/5，在考虑其过负荷保护时，整定时考虑采用其极端反时限曲线，因为极端反时限的保护整定原理与能更好地与配电系统或工业供电系统的熔断器配合，尤其适合电动机的过负荷特性。

DCAP-3010A装置在反时限保护设定时需要电机的额定电流，同时整定两条曲线，即反时限启动前曲线和反时限启动后曲线，同时根据电机的运行和启动工况设定启动时间，反时限保护根据装置的实际设定在过流3段保护，曲线分为0代表是极端反时限，1代表非常反时限，2代表一般反时限。

根据560 kW电机的实际参数设定了启动前曲线与启动后曲线的系数为50，启动前电流设定在2.2Ie，启动后电流设定在1.1Ie，根据反时限曲线的极端反时限原理公式，计算出在启动后正常运行时2.5Ie时t=12 s＜15 s。启动时的6Ie时，t=7.8 s，在实际水泵电机的运行及启动过程中，此种设定满足其要求，且起到了很好的保护作用。

4.3.2 DEP-595N保护装置

二铁新料场二期解冻库引风机4台，电机容量均为315 kW，额定电流23.5 A，整定值如下所示：

整定过流三段：电流2.6 A 1.1Ie

整定时间：TP=6

最初由于电机启动电流整定为1.1×2.27=2.5考虑TP=4

4台电机均未启动起来，根据保护装置报文显示：

1#电机动作报文：5：26：.49.732

5：26：.58.757

动作电流为14.25 A，动作时间为9.025 s。

其余电机均差不多时间，电流最大为14.66 A即6.24Ie将TS改为5后，

1#电机动作报文：06.18.494

06.0 7.228

此时动作电流为14.04 A；动作时间为11.26 s，电机仍未启动起来。

将TS改为6后，过流三段定值按照名牌上的额定电流改为2.35 A×1.1=2.59 A，取2.6 A。

1#、2#、4#一次启动成功，但3#未成功，后问及是否风门未关严，操作工人称是，后将风门关紧后一次启动成功。

根据上述堆取料机启动时的报文及动作情况，DEP-595N保护装置的反时限保护功能是只可以设定一条曲线，故在整定时必须兼顾启动与运行，但实际情况是，有些电机的运行工况不是理想的，如风机的风门关不严，取料机的负荷在冬天时负载重等，故给启动和整定带来了很大阻碍。就此问题也曾与厂家进行了探讨，希望能对反时限保护的启动和运行曲线进行区分。目前DEP-859保护装置的过流3段（即反时限保护）设定时增加了最长启动允许时间的判据，在最长启动允许时间内，过流3段保护不参加运行启动，在超过启动时间后，过流3段保护启动运行。这种设计，利用启动时间避开了启动时的大电流，在启动时间内有故障利用过流1段的瞬动保护将故障切除，而过流3段的定值也可以只考虑运行时的电机过载情况。

5 总结

电机的保护广泛采用综合保护装置，综合保护装置是智能的，能够对故障进行自诊断，且易于发现隐患，如可以在线监测运行设备的电流电压等参数，同时维护调试也方便，将来随着设备的不断改造，会对所有的设备采用综合保护装置，提高供电可靠性。

[1]丁书文，黄训成，胡起宙.变电站综合自动化原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2001.1-8.

[2]高有权，张杰.工业企业继电保护[M].北京：水利电力出版社，1984.242-244.

The Operation Characteristic of M otor Reverse-tim e Protection in Steel Enterprises

MENG Qingwu1，CHE Yu2
(1.MeasurementControlPlantofBenxiIron&SteelCo.,Ltd.;2.BenxiTVStation,Benxi,Liaoning117000,China)

The operation characteristics of motor inverse-time protection in steel enterprises were discussed.Application problems of the existing electromagnetic GL inverse-time relays in Benxi Steel were analyzed.Computerized comprehensive protection device for motor currently widely used were introduced in detail;and attention points in application of the computerized comprehensive protection device under the actual operation conditions of steel companies were presented,taking two types of domestically made protection devices as examples.

inverse time;protection;comprehensive protection device;electric motor

TM77

B

1006-6764(2014)12-0009-02

2014－06－18

孟庆武（1975－），男，1998年毕业于辽宁大学物理系，电气工程师，现从事电力系统继电保护工作。