SAI-984系列數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置

一．裝置簡(jiǎn)介

SAI-984系列數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，適用于3kV，6kV，10kV的小電流接地系統(tǒng)，作為大中型異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障、過負(fù)荷等的保護(hù)。

本保護(hù)裝置由32位微處理器構(gòu)成的保護(hù)及控制單元，該單元配置了大容量的RAM和Flash Memory，具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)能力。各種保護(hù)功能及自動(dòng)化功能均由軟件實(shí)現(xiàn)。

表1 本系列產(chǎn)品的型號(hào)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(dòng)機(jī)，該裝置的斷路器操作回路為獨(dú)立模件，可單獨(dú)使用或不用。SAI-9841用于3-10KV電壓等級(jí)中高壓大型異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置。

二．SAI-984數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)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(hù)

l 反映電動(dòng)機(jī)不平衡、斷相、反相及不對(duì)稱故障的負(fù)序定時(shí)限或反時(shí)限過流保護(hù)

l 反映不接地或高阻接地系統(tǒng)接地故障的零序過流保護(hù)

l 反映電動(dòng)機(jī)按發(fā)熱模型的發(fā)熱效應(yīng)的過熱保護(hù)（過熱跳閘、過熱告警、熱積累記憶功能）

l 過壓保護(hù)

l 欠壓保護(hù)

l 四路可分別整定延時(shí)的非電量保護(hù)

l 掉電不丟失的動(dòng)作記錄及信號(hào)記憶功能

l 獨(dú)立測(cè)量回路。

1.2.2 額定交流數(shù)據(jù)：

1.2 技術(shù)參數(shù)

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(shí)，不大于8W

裝置動(dòng)作時(shí)，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(shí)：每相不大于1.0VA

額定電流為1A時(shí)：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(qū)動(dòng)能力 150mA

1.3主要技術(shù)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(diǎn)容量

信號(hào)回路接點(diǎn)載流容量   400VA

信號(hào)回路接點(diǎn)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(shí)間元件：                   < 50ms（反時(shí)限時(shí)間元件不大于5%）

1.3.5整組動(dòng)作時(shí)間(包括繼電器固有時(shí)間)

速動(dòng)段的固有動(dòng)作時(shí)間：1.2倍整定值時(shí)測(cè)量，不大于50ms

1.3.6模擬量測(cè)量回路精度

裝設(shè)專用測(cè)量子模件的測(cè)控裝置：

電流、電壓：0.2級(jí)

功率、電度：0.5級(jí)

2．模擬量輸入

外部電流及電壓經(jīng)隔離互感器隔離變換后輸入，經(jīng)低通濾波器輸入至模數(shù)變換器，CPU采樣后對(duì)數(shù)字進(jìn)行處理，構(gòu)成各種保護(hù)繼電器，并計(jì)算各種遙測(cè)量。

IA、IB 、IC為保護(hù)用模擬量輸入；IAM、IBM 、ICM為測(cè)量用專用測(cè)量CT輸入。Io零序電流輸入用作零序過電流保護(hù)（報(bào)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(tǒng)保護(hù)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(hù)用電壓輸入，同時(shí)也與IAC、ICC一起計(jì)算形成本線路的P、Q、COSф、Kwh、Kvarh

3．保護(hù)原理

由于采用了32位微處理器后運(yùn)算性能極大提高，所有元件均實(shí)時(shí)計(jì)算出，大大提高保護(hù)裝置的整體可靠性。

3.1 保護(hù)原理

裝置測(cè)量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間T_start的方法：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的最da相電流從零突變到10%I_e時(shí)開始計(jì)時(shí)，直到起動(dòng)電流過峰值后下降到120%I_e（I_e為電動(dòng)機(jī)額定電流，以下同）時(shí)為止，之間的歷時(shí)稱為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間。同時(shí)，定值中還需輸入電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間定值T_start0，它表示電動(dòng)機(jī)從起動(dòng)到轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間，可整定為電動(dòng)機(jī)最長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間的1.2倍。

對(duì)于裝置所測(cè)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間T_start與起動(dòng)時(shí)間定值T_start0，裝置則以其中較短者作為電動(dòng)機(jī)實(shí)際起動(dòng)過程的時(shí)間。所以電動(dòng)機(jī)每次起動(dòng)，裝置感受到的起動(dòng)過程所經(jīng)歷的時(shí)間都可能不同。

異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流特性

3.2速斷保護(hù)

速斷保護(hù)通過判斷電流的大小來實(shí)現(xiàn)的，其整定范圍為(4～12)I_e。這樣即可以有效地躲過電動(dòng)機(jī)的巨大啟動(dòng)電流，又可以保證電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)后提供防備嚴(yán)重的過負(fù)荷造成的堵轉(zhuǎn)保護(hù)。 速斷保護(hù)定值在電機(jī)起動(dòng)結(jié)束后自動(dòng)減半。

動(dòng)作時(shí)間T_sd可整定，對(duì)于用斷路器控制的電動(dòng)機(jī)整定時(shí)間一般較短，而用接觸器控制的電動(dòng)機(jī)整定時(shí)間一般較長(zhǎng)，可選擇整定為0.3秒。

3.3 過流保護(hù)

過流保護(hù)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)自動(dòng)退出，起動(dòng)結(jié)束后自動(dòng)投入。當(dāng)電流大于整定電流且達(dá)到整定時(shí)間后，過流保護(hù)出口。

本保護(hù)可兼作電機(jī)堵轉(zhuǎn)造成起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)的保護(hù)，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)間超過裝置整定的起動(dòng)時(shí)間后，軟件將電機(jī)起動(dòng)標(biāo)志清零，從而自動(dòng)將過流保護(hù)投入，將堵轉(zhuǎn)電機(jī)開關(guān)跳開。

3.4 負(fù)序過電流保護(hù)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)三相電流有較大不對(duì)稱，出現(xiàn)較大的負(fù)序電流，而負(fù)序電流將在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生2倍工頻的電流，使轉(zhuǎn)子附加發(fā)熱大大增加，危及電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。

裝置設(shè)置兩段定時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)，分別對(duì)電動(dòng)機(jī)反相斷相，匝間短路以及較嚴(yán)重的電壓不對(duì)稱等異常運(yùn)行工況提供保護(hù)，負(fù)序電流的計(jì)算方法如下:

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

對(duì)于只裝A、C兩相電流互感器(整定控制字設(shè)置為二相方式)，則

I₂ =(I_C+I_A e-j60° )/

3.5 定時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)

反映定子電流大小，裝置對(duì)過負(fù)荷保護(hù)提供了一段過負(fù)荷跳閘段和一段過負(fù)荷報(bào)警段，兩段公用一段時(shí)限。過負(fù)荷保護(hù)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢后投入。

3.6 啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)

對(duì)啟動(dòng)或自啟動(dòng)過程中堵轉(zhuǎn)提供保護(hù)。電動(dòng)機(jī)在整定的正常啟動(dòng)時(shí)間后電流仍然大于2倍的額定負(fù)荷，認(rèn)為電機(jī)發(fā)生了堵轉(zhuǎn)，立即跳閘。

3.7 過流反時(shí)限

裝置采用國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（IEC-255-4）和英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，具備三種標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限特性，電動(dòng)機(jī)保護(hù)一般采用其標(biāo)準(zhǔn)方程中極端反時(shí)限曲線：

一般反時(shí)限曲線：

0．14

T =  ---------------------------- T p

（I / Ip ）^0。02 --  1

特殊反時(shí)限曲線：

13．5

T =  ---------------------------- T p

（I / Ip ） --  1

極端反時(shí)限曲線：

80

T =  ---------------------------- T p

（I / Ip ）² --  1

式中： T — 反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作時(shí)間

I  — 采樣電流

Ip — 基準(zhǔn)電流

Tp — 時(shí)間常數(shù)

反時(shí)限保護(hù)在啟動(dòng)結(jié)束后投入。

3.8接地保護(hù)

電動(dòng)機(jī)接地電流取決于供電系統(tǒng)接地方式。在不接地或高阻接地系統(tǒng)中，故障電流僅是幾安培，在中阻接地系統(tǒng)中為數(shù)百安培。在大多數(shù)情況下，為了檢測(cè)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(hù)

當(dāng)電壓消失和降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。電壓恢復(fù)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)開始流過比額定電流大好幾倍的自起動(dòng)電流，這樣大的自起動(dòng)電流將使電網(wǎng)電壓降加大，使電壓恢復(fù)的過程延長(zhǎng)，增加了電動(dòng)機(jī)達(dá)到正常轉(zhuǎn)速的困難，嚴(yán)重時(shí)甚至不能自起動(dòng)。為了保證重要電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)，當(dāng)電源短時(shí)消失或降低時(shí)，必須切除一部分不重要的電動(dòng)機(jī)，使電網(wǎng)的電壓降減小。根據(jù)生產(chǎn)過程和技術(shù)保安等的要求，不允許自起動(dòng)的這部分電動(dòng)機(jī)要經(jīng)欠壓保護(hù)切除。動(dòng)作條件如下：

1）機(jī)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(hù)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(hù)時(shí)間定值延時(shí)到。

3.10 過熱保護(hù)原理

綜合考慮了電動(dòng)機(jī)正序、負(fù)序電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，為電動(dòng)機(jī)各種過負(fù)荷引起的過熱提供保護(hù)，也作為電動(dòng)機(jī)短路、起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)、堵轉(zhuǎn)等的后備。

等效發(fā)熱電流：

Ieq² =  K₁I₁² + K₂I₂²

式中： Ieq  — 運(yùn)行的等效電流

I₁ — 電流正序分量

I₂ — 電流負(fù)序分量

K₁ — 整定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)0.5，啟動(dòng)后1.0

K₂ 模擬負(fù)序電流的增強(qiáng)發(fā)熱效應(yīng)，對(duì)于大多數(shù)電機(jī)，K₂=6是合適的，故裝置出廠時(shí)內(nèi)部設(shè)定為6。

保護(hù)動(dòng)作方程：

τ

t =  ----------------------------

（Ieq / Ie ）² -- 1.05²

式中：t — 電機(jī)運(yùn)行時(shí)間

Ie  — 額定電流

τ — 電動(dòng)機(jī)熱積累定值，即發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，此常數(shù)應(yīng)由電機(jī)廠提供。

當(dāng)熱積累值達(dá)到70%的熱積累定值時(shí)，發(fā)過熱報(bào)警信號(hào)并保持，低于70%，自行復(fù)歸。

當(dāng)熱積累值達(dá)到100%的熱積累定值時(shí)，跳閘出口。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，散熱效果變差，為了補(bǔ)償這種情況，獲得精確的發(fā)熱模型，散熱速度自動(dòng)降為正常散熱速度的1/3。

電動(dòng)機(jī)因過熱保護(hù)動(dòng)作于跳閘后，不能立即再次啟動(dòng)，要等到電動(dòng)機(jī)散熱到允許啟動(dòng)的溫度時(shí)方能再次啟動(dòng)，在低于該溫度前，過熱跳閘接點(diǎn)保持閉合。需要緊急啟動(dòng)的情況下，通過持續(xù)按下（超過5S）裝置面板上的復(fù)歸鍵，強(qiáng)制將發(fā)熱模型恢復(fù)至“冷態(tài)”，方可再次啟動(dòng)。

3.11 非電量保護(hù)

本裝置可設(shè)置5路跳閘/報(bào)警可設(shè)置的非電量信號(hào)。每一路動(dòng)作時(shí)間都可獨(dú)立設(shè)置。當(dāng)不使用時(shí)，可將其對(duì)應(yīng)開入設(shè)置為常規(guī)開入信號(hào)。5路非電量定義為: 失磁、壓力高報(bào)警、高溫報(bào)警、壓力超高跳閘、超高溫跳閘。

3.12 PT斷線檢測(cè)

在下面兩個(gè)條件之一得到滿足的時(shí)候，裝置報(bào)發(fā)“PT斷線”信息并點(diǎn)亮告警燈：

正序電壓小于30伏，而任一相電流大于0.1A；

負(fù)序電壓大于8伏；

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

4．與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)配合

本系列裝置可用于自動(dòng)化變電站也可用于非自動(dòng)化變電站。

裝置自動(dòng)檢測(cè)遙控電源作為遠(yuǎn)方就地條件，有遙控電源時(shí)允許遠(yuǎn)控，否則禁止遙控命令對(duì)斷路器進(jìn)行操作。

本裝置提供的標(biāo)準(zhǔn)通信接口為以太網(wǎng)接口和串行RS485通信接口。裝置集成了IEC 60870-5-103標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，為高度開放的終端系統(tǒng)。同時(shí)，通過本公司提供的SAI828TX系列網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器，可方便地與各種不同系統(tǒng)接駁。