SAI-984系列數字式電動機保護裝置

一．裝置簡介

SAI-984系列數字式電動機保護裝置，適用于3kV，6kV，10kV的小電流接地系統，作為大中型異步電動機內部故障、過負荷等的保護。

本保護裝置由32位微處理器構成的保護及控制單元，該單元配置了大容量的RAM和Flash Memory，具有極強的數據處理、邏輯運算和信息存儲能力。各種保護功能及自動化功能均由軟件實現。

表1 本系列產品的型號及功能配置表

說明：SAI-984適用于以斷路器或以熔斷器－高壓接觸器（F-C回路）控制的中高壓異步電動機，該裝置的斷路器操作回路為獨立模件，可單獨使用或不用。SAI-9841用于3-10KV電壓等級中高壓大型異步電動機保護測控裝置。

二．SAI-984數字式電動機綜合保護裝置

1. 裝置性能

1.1基本配置：

l 反映相間短路的三相式（或兩相式）電流速斷及過流保護

l 反映電動機不平衡、斷相、反相及不對稱故障的負序定時限或反時限過流保護

l 反映不接地或高阻接地系統接地故障的零序過流保護

l 反映電動機按發(fā)熱模型的發(fā)熱效應的過熱保護（過熱跳閘、過熱告警、熱積累記憶功能）

l 過壓保護

l 欠壓保護

l 四路可分別整定延時的非電量保護

l 掉電不丟失的動作記錄及信號記憶功能

l 獨立測量回路。

1.2.2 額定交流數據：

1.2 技術參數

1.2.1額定直流電壓： 220V或110V（訂貨注明）

a) 交流電壓

b) 交流電流  5A或1A（訂貨注明）

c) 額定頻率  50Hz

1.2.3 功率消耗：

a) 直流回路        正常工作時，不大于8W

裝置動作時，不大于12W

b) 交流電壓回路 每相不大于0.5VA

c) 交流電流回路 額定電流為5A時：每相不大于1.0VA

額定電流為1A時：每相不大于0.5VA

1.2.4 狀態(tài)量電平：

CPU及通信接口模件的輸入狀態(tài)量電平 220V（170 V～270V）

各CPU輸出狀態(tài)量（光耦輸出） 允許電平 24V（18 V～30V）

驅動能力 150mA

1.3主要技術性能

1.3.1采樣回路精確工作范圍（3％誤差）

電壓：0.4 V～120V

電流：0.08In～20In

1.3.2接點容量

信號回路接點載流容量   400VA

信號回路接點斷弧容量 60VA

1.3.3跳合閘電流

斷路器跳閘電流 0.5A～4A

斷路器合閘電流 0.5A～4A

1.3.4各類元件精度

電流元件：               < 3%

電壓元件：               < 3%

時間元件：                   < 50ms（反時限時間元件不大于5%）

1.3.5整組動作時間(包括繼電器固有時間)

速動段的固有動作時間：1.2倍整定值時測量，不大于50ms

1.3.6模擬量測量回路精度

裝設專用測量子模件的測控裝置：

電流、電壓：0.2級

功率、電度：0.5級

2．模擬量輸入

外部電流及電壓經隔離互感器隔離變換后輸入，經低通濾波器輸入至模數變換器，CPU采樣后對數字進行處理，構成各種保護繼電器，并計算各種遙測量。

IA、IB 、IC為保護用模擬量輸入；IAM、IBM 、ICM為測量用專用測量CT輸入。Io零序電流輸入用作零序過電流保護（報警或跳閘），零序電流的接入用專用零序電流互感器接入，若無專用零序電流互感器，在保證零序電流能滿足小接地系統保護選擇性要求前提下用三相電流之和即CT的中性線電流。UA、UB、UC輸入在本裝置中既作為低電壓保護用電壓輸入，同時也與IAC、ICC一起計算形成本線路的P、Q、COSф、Kwh、Kvarh

3．保護原理

由于采用了32位微處理器后運算性能極大提高，所有元件均實時計算出，大大提高保護裝置的整體可靠性。

3.1 保護原理

裝置測量電動機起動時間T_start的方法：當電動機的最da相電流從零突變到10%I_e時開始計時，直到起動電流過峰值后下降到120%I_e（I_e為電動機額定電流，以下同）時為止，之間的歷時稱為電動機起動時間。同時，定值中還需輸入電動機起動時間定值T_start0，它表示電動機從起動到轉速達到額定轉速的時間，可整定為電動機最長起動時間的1.2倍。

對于裝置所測電動機起動時間T_start與起動時間定值T_start0，裝置則以其中較短者作為電動機實際起動過程的時間。所以電動機每次起動，裝置感受到的起動過程所經歷的時間都可能不同。

異步電動機起動電流特性

3.2速斷保護

速斷保護通過判斷電流的大小來實現的，其整定范圍為(4～12)I_e。這樣即可以有效地躲過電動機的巨大啟動電流，又可以保證電動機正常起動后提供防備嚴重的過負荷造成的堵轉保護。 速斷保護定值在電機起動結束后自動減半。

動作時間T_sd可整定，對于用斷路器控制的電動機整定時間一般較短，而用接觸器控制的電動機整定時間一般較長，可選擇整定為0.3秒。

3.3 過流保護

過流保護在電動機起動時自動退出，起動結束后自動投入。當電流大于整定電流且達到整定時間后，過流保護出口。

本保護可兼作電機堵轉造成起動時間過長的保護，當電機起動時間超過裝置整定的起動時間后，軟件將電機起動標志清零，從而自動將過流保護投入，將堵轉電機開關跳開。

3.4 負序過電流保護

當電動機三相電流有較大不對稱，出現較大的負序電流，而負序電流將在轉子中產生2倍工頻的電流，使轉子附加發(fā)熱大大增加，危及電動機的安全運行。

裝置設置兩段定時限負序過電流保護，分別對電動機反相斷相，匝間短路以及較嚴重的電壓不對稱等異常運行工況提供保護，負序電流的計算方法如下:

I₂ =(I_A -I_B +I_B e-j60° -I_Ce-j60° )/3

對于只裝A、C兩相電流互感器(整定控制字設置為二相方式)，則

I₂ =(I_C+I_A e-j60° )/

3.5 定時限過負荷保護

反映定子電流大小，裝置對過負荷保護提供了一段過負荷跳閘段和一段過負荷報警段，兩段公用一段時限。過負荷保護在電動機起動完畢后投入。

3.6 啟動時間過長保護

對啟動或自啟動過程中堵轉提供保護。電動機在整定的正常啟動時間后電流仍然大于2倍的額定負荷，認為電機發(fā)生了堵轉，立即跳閘。

3.7 過流反時限

裝置采用國際電工委員會標準（IEC-255-4）和英國標準規(guī)范，具備三種標準反時限特性，電動機保護一般采用其標準方程中極端反時限曲線：

一般反時限曲線：

0．14

T =  ---------------------------- T p

（I / Ip ）^0。02 --  1

特殊反時限曲線：

13．5

T =  ---------------------------- T p

（I / Ip ） --  1

極端反時限曲線：

80

T =  ---------------------------- T p

（I / Ip ）² --  1

式中： T — 反時限保護動作時間

I  — 采樣電流

Ip — 基準電流

Tp — 時間常數

反時限保護在啟動結束后投入。

3.8接地保護

電動機接地電流取決于供電系統接地方式。在不接地或高阻接地系統中，故障電流僅是幾安培，在中阻接地系統中為數百安培。在大多數情況下，為了檢測低的接地電流，常常需要零序電流互感器來取得零序電流。零序電流互感器的線性范圍為（20mA～8.00A）。

3.9 欠壓保護

當電壓消失和降低時，電動機的轉速下降。電壓恢復時，在電動機繞組內開始流過比額定電流大好幾倍的自起動電流，這樣大的自起動電流將使電網電壓降加大，使電壓恢復的過程延長，增加了電動機達到正常轉速的困難，嚴重時甚至不能自起動。為了保證重要電動機的自起動，當電源短時消失或降低時，必須切除一部分不重要的電動機，使電網的電壓降減小。根據生產過程和技術保安等的要求，不允許自起動的這部分電動機要經欠壓保護切除。動作條件如下：

1）機端三相電壓均由母線有壓往下降，且低于定值欠壓整定值_；

2）斷路器或接觸器處于合閘位置；

3）欠壓保護壓板投入；

4）最da電流均小于有流整定值；（可投退）

5）欠壓保護時間定值延時到。

3.10 過熱保護原理

綜合考慮了電動機正序、負序電流所產生的熱效應，為電動機各種過負荷引起的過熱提供保護，也作為電動機短路、起動時間過長、堵轉等的后備。

等效發(fā)熱電流：

Ieq² =  K₁I₁² + K₂I₂²

式中： Ieq  — 運行的等效電流

I₁ — 電流正序分量

I₂ — 電流負序分量

K₁ — 整定的啟動時間內0.5，啟動后1.0

K₂ 模擬負序電流的增強發(fā)熱效應，對于大多數電機，K₂=6是合適的，故裝置出廠時內部設定為6。

保護動作方程：

τ

t =  ----------------------------

（Ieq / Ie ）² -- 1.05²

式中：t — 電機運行時間

Ie  — 額定電流

τ — 電動機熱積累定值，即發(fā)熱時間常數，此常數應由電機廠提供。

當熱積累值達到70%的熱積累定值時，發(fā)過熱報警信號并保持，低于70%，自行復歸。

當熱積累值達到100%的熱積累定值時，跳閘出口。

當電動機停轉時，散熱效果變差，為了補償這種情況，獲得精確的發(fā)熱模型，散熱速度自動降為正常散熱速度的1/3。

電動機因過熱保護動作于跳閘后，不能立即再次啟動，要等到電動機散熱到允許啟動的溫度時方能再次啟動，在低于該溫度前，過熱跳閘接點保持閉合。需要緊急啟動的情況下，通過持續(xù)按下（超過5S）裝置面板上的復歸鍵，強制將發(fā)熱模型恢復至“冷態(tài)”，方可再次啟動。

3.11 非電量保護

本裝置可設置5路跳閘/報警可設置的非電量信號。每一路動作時間都可獨立設置。當不使用時，可將其對應開入設置為常規(guī)開入信號。5路非電量定義為: 失磁、壓力高報警、高溫報警、壓力超高跳閘、超高溫跳閘。

3.12 PT斷線檢測

在下面兩個條件之一得到滿足的時候，裝置報發(fā)“PT斷線”信息并點亮告警燈：

正序電壓小于30伏，而任一相電流大于0.1A；

負序電壓大于8伏；

裝置在檢測到PT斷線9秒后發(fā)出“PT斷線”信號。PT斷線檢測功能可以通過控制字投退。

4．與變電站自動化系統配合

本系列裝置可用于自動化變電站也可用于非自動化變電站。

裝置自動檢測遙控電源作為遠方就地條件，有遙控電源時允許遠控，否則禁止遙控命令對斷路器進行操作。

本裝置提供的標準通信接口為以太網接口和串行RS485通信接口。裝置集成了IEC 60870-5-103標準通信規(guī)約，為高度開放的終端系統。同時，通過本公司提供的SAI828TX系列網絡通信服務器，可方便地與各種不同系統接駁。