大功率冷却水泵保护配置及整定计算浅析

唐可伟

(攀枝花攀钢设计研究院有限公司,四川攀枝花 617023)

大功率冷却水泵保护配置及整定计算浅析

唐可伟

(攀枝花攀钢设计研究院有限公司,四川攀枝花 617023)

大功率冷却水泵具有起动条件严重,起动难度大,运行过程复杂等特点,且运行过程中易发生相间短路故障、单相接地故障及失电故障。本文以功率为2000kW的电炉冷却水泵保护配置为出发点,结合工程实例,对大功率冷却水泵的保护做初步探究。

大功率冷却水泵 保护配置 整定计算

1 前言

在冶金行业的电炉冶炼过程中，一般会采用很多大功率冷却水泵电机来完成冶炼过程中的冷却工作。这些水泵如果突然断电会烧坏炉壁、炉壳、风口、渣口和铁口水套等设备，使生产造成重大损失，甚至危及现场工作人员的生命安全。但是，由于大功率水泵起动条件严重，起动难度大，运行过程复杂，且运行过程中易发生各种故障，如：相间短路故障、单相接地故障及失电故障等，所以必须装设必要的保护。

通常，大功率冷却水泵的保护需装设相间短路保护、单相接地保护、低电压保护及过负荷保护。

相间短路保护应采用以下方式：

(1)电流速断保护：宜采用两相式，可以用GL型继电器构成两相不完全星型连接方式；对于容量相对较小的水泵，也可以采用两相一继电器接线。(2)纵联差动保护：用于功率为2000kW及以上或功率小于，h5J/O1{3fZG电力自动化，变电检修，继电保护，远动通信，电力技术，高压试验，输电线路，变电运行，整定计算，规章规程，电力论坛，电力技术，高压实验，电网，供电局，供电公司，电业局或或2000kW装设速断保护不能满足灵敏度要求的水泵。一般采用三相式，对于功率小于5000kW的水泵，可以采用两相式。

动作电流按躲过电动机的最大启动电流来整定，相间短路保护装置应无时限动作于跳闸。

单相接地保护：

当接地电流(自然接地电流)大于5A时，装设单相接地保护，保护装置由零序电流互感器及电流继电器实现。当接地电流＞10A时，保护装置动作于跳闸；当单相接地电流为≤10A时，动作于跳闸或信号。当保护装置灵敏性不够时，允许带短时限(0.5～1s)动作于跳闸。

低电压保护，带时限动作于跳闸：

(1)用于电源电压短时降低或中断时，不需要自起的水泵，或为保证重要水泵的自起需断电的次要水泵，或者在冶炼中不允许自起的水泵。电压继电器按60%-70%Ued整定，动作时间取0.5s。(2)需要自起但根据保安条件在电源电压长时间消失后需从电网自动断开的水泵，电压继电器按30%-50%Ued整定，动作时间取5-10s。

过负荷保护：

(1)用于生产中易发生过负荷的水泵，保护装置应带时限动作于信号、跳闸或自动减载。(2)用于起动或自起动条件严重(直接起动时间≥20s)的水泵，需防止起动时间过长，保护装置应带时限动作于跳闸，时限避开水泵的起动时间，若负荷为冲击负荷时，需避开水泵允许生产过程中短时冲击负荷的持续时间，一般取10-16s。

动作电流按躲过电水泵最大起动电流整定，也可利用速断保护的反时限过电流装置实现。

2 水泵保护原理图(图1)

图1 功率≥2000kW水泵的保护原理图

3 工程实例

瑞钢工业有限公司电炉冷却水泵功率为2000kW，选用电流互感器变比为200/5，保护装置采用THINKBOY电机保护装置。电炉冷却水泵保护采用相间短路保护(电流速断保护)、过负荷保护、低电压保护及单相接地保护共计四种保护。

其中相间短路保护、过负荷保护及低电压保护动作于跳闸；单相接地保护动作于信号。

表1 水泵基本参数表

4 保护整定值计算

4.1 计算条件

上级变电所变压器单台分列运行时系统短路容量683.65MVA，稳态短路电流有效值为10.54kA，短路延续时间0.2s，假想时间0.25s；变压器两台并列运行时系统短路容量为1080.1MVA，稳态短路电流有效值为17.65kA，短路延续时间0.2s，假想时间0.25s。

4.2 水泵参数(表1)

4.3 水泵启动的继电保护整定计算

4.3.1 电流速断保护

采用GL型继电器，以躲过水泵的起动电流为计算条件，保护装置灵敏系数按最小运行方式时水泵端子上的两相次暂态短路电流校验，保护无时限动作于跳闸。

电流速断保护整定值为：37.9A，0S，跳闸。

4.3.2 过负荷保护

以躲过电动机的额定电流为计算条件，保护装置时限以按10倍动作电流的动作时间来整定。

瞬时动作电流倍数=瞬时电流/动作电流整定值

取反时限(Norm)曲线，tset=1.8，10倍动作电流下动作时间：

过负荷保护整定值为：5.5A，2倍，18s，跳闸。

4.3.3 低电压保护

根据工艺生产过程，电炉冷却水泵不需要自起动，整定应躲过最小运行电压。

低电压保护整定为：70V，0.5s，跳闸。

4.3.4 单相接地保护

选取单相接地保护整定为：5A(一次值)，0.1s，报警。