淺談反時(shí)限過(guò)電流保護在水泥廠(chǎng)應用方案

摘要：目前水泥廠(chǎng)中針對變壓器、高壓電機等主機設備的保護多采用三段式定時(shí)限過(guò)電流保護，定時(shí)限過(guò)電流保護具有整定計算簡(jiǎn)單、保護配合簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但為了保證保護的選擇性，定時(shí)限過(guò)電流保護的動(dòng)作時(shí)限通常逐級提高，這樣容易造成離電源側較近的短路故障保護動(dòng)作時(shí)限較長(cháng)，不利于故障的切除。

關(guān)鍵詞：水泥廠(chǎng);高壓設備;微機保護測控裝置;過(guò)電流保護

反時(shí)限過(guò)電流保護的特點(diǎn)是短路電流大，動(dòng)作時(shí)間短，其優(yōu)點(diǎn)是靠近電源側短路時(shí)保護動(dòng)作時(shí)限較定時(shí)限保護明顯縮短。由于整定習慣的問(wèn)題，反時(shí)限過(guò)電流保護在國內水泥廠(chǎng)的應用還不太普遍，但在大部分國外水泥廠(chǎng)得到了廣泛應用。本文結合我院承擔設計的約旦某水泥廠(chǎng)，從保護曲線(xiàn)選擇、參數整定和保護配合等方面對水泥廠(chǎng)高壓設備的反時(shí)限過(guò)電流保護進(jìn)行介紹。

1 短路電流計算

短路電流計算是進(jìn)行綜保整定的前提。本文以該廠(chǎng)石灰石破碎車(chē)間配電室為例，其11kV配電系統見(jiàn)圖1。

根據業(yè)主提供的當地電網(wǎng)出口處的短路參數以及電纜、變壓器和電機等設備參數，短路電流計算結果見(jiàn)表1。

2 定時(shí)限過(guò)流保護整定

電源進(jìn)線(xiàn)采用兩段式過(guò)電流保護，即電流速斷保護和定時(shí)限過(guò)電流保護，車(chē)間變壓器和高壓電機采用電流速斷保護和反時(shí)限過(guò)電流保護。根據《工業(yè)與民用配電設計手冊》第三版，電源進(jìn)線(xiàn)的過(guò)電流保護動(dòng)作電流按照躲過(guò)線(xiàn)路的過(guò)負荷電流整定，則保護裝置 的一次動(dòng)作電流。

式中：Krel—可靠系數，用于過(guò)電流保護時(shí)一般取1.2； Igh—線(xiàn)路過(guò)負荷電流，A；Kr—返回系數，微機保護一般取0.95；

動(dòng)作時(shí)限取0.5S，靈敏系數：

式中：I2k2·min—小運行方式下線(xiàn)路末端兩相短路短路電流，其值為小運行方式下三相短路電流的0.866倍，A；Iop—保護裝置一次動(dòng)作電流，A。

3  反時(shí)限過(guò)流保護整定

3.1反時(shí)限過(guò)流保護整定

目前國內外常用的反時(shí)限保護動(dòng)作特性可分為3種，

按照IEC標準：

（1）標準反時(shí)限特性：

（2）非常反時(shí)限特性：

（3）反時(shí)限特性：

式中：I—故障電流，A；t—保護動(dòng)作時(shí)間，S；Ip—保護動(dòng)作電流整定值，A；tp—時(shí)間常數整定值，S。

不同的反時(shí)限保護特性適用于不同的應用場(chǎng)合。非 常反時(shí)限特性常用于被保護線(xiàn)路首末端短路故障電流變化較大的場(chǎng)合；反時(shí)限特性常用于反映過(guò)熱狀況的保護，如變壓器、電動(dòng)機等。因此對于石破配電室的變壓器和電動(dòng)機保護我們選用反時(shí)限保護特性，以下以破碎電動(dòng)機為例進(jìn)行整定計算。

3.2反時(shí)限保護定值計算    

反時(shí)限過(guò)流保護的動(dòng)作電流按照定時(shí)限過(guò)流保護整 定原則來(lái)計算，根據《工業(yè)與民用配電設計手冊》第三版，電動(dòng)機的過(guò)電流保護動(dòng)作電流按照躲過(guò)電動(dòng)機的額 定電流整定，則保護裝置的一次動(dòng)作電流：

式中：Krel—可靠系數，用于過(guò)電流保護時(shí)一般取1.2；IrM為電動(dòng)機額定電流，A；Kr為返回系數，微機保護一般取0.95。

反時(shí)*常數按照電動(dòng)機在N倍過(guò)負荷電流情況下允許允許T秒這一原則來(lái)整定，一般情況下繞線(xiàn)電機2.5倍額定電流堵轉時(shí)允許持續時(shí)間為2S，即：

3.3保護配合

電動(dòng)機反時(shí)限過(guò)電流保護整定好后，還需要跟上一級電源進(jìn)線(xiàn)的定時(shí)限過(guò)電流保護進(jìn)行配合校驗，保護曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

首先求出反時(shí)限特性得出曲線(xiàn)上幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的數值，當故障電流為336A時(shí)反時(shí)限保護動(dòng)作時(shí)限 為0.75S，當反時(shí)限保護動(dòng)作時(shí)限為0.5S時(shí)故障電流為401A。由圖2可以看出，當電動(dòng)機發(fā)生故障時(shí)，若故障 電流在115A和336A之間或者故障電流大于401A時(shí)，故 障由電動(dòng)機反時(shí)限過(guò)流保護切除；若故障電流在336A 和401A之間時(shí)，由于電源進(jìn)線(xiàn)過(guò)流保護時(shí)限短，故障 由進(jìn)線(xiàn)定時(shí)限過(guò)流保護切除，這樣就容易發(fā)生越級跳閘 的現象，失去了保護的選擇性。

為了保證上下級過(guò)流保護之間配合的合理性，需要 將上級電源進(jìn)線(xiàn)保護曲線(xiàn)右移或者上移，即增大上級進(jìn)線(xiàn)保護動(dòng)作電流或者動(dòng)作時(shí)限。這里我們將電源進(jìn)線(xiàn)定時(shí)限過(guò)流保護動(dòng)作電流增大為401A，同時(shí)為了確保電 源進(jìn)線(xiàn)和電動(dòng)機保護動(dòng)作之間延時(shí)的可靠性，將電源進(jìn) 線(xiàn)過(guò)流動(dòng)作時(shí)限增大為0.6S，靈敏系數：

優(yōu)化后的保護曲線(xiàn)配合見(jiàn)圖3。

4 安科瑞ARD系列產(chǎn)品選型介紹

4.1 ARD3 智能電動(dòng)機保護器

ARD3 智能型電動(dòng)機保護器適用于額定電壓至 AC 690V、額定電流至 AC 800A、額定頻率為 50/60Hz 的電動(dòng)機。產(chǎn)品體積小，結構緊湊，安裝方便，在低壓控制終端柜和 1/4 模數及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用，提高了控制回路的可靠性和自動(dòng)化水平。

ARD3 采用模塊化的產(chǎn)品結構形式，包括主體控制模塊、互感器模塊和顯示模塊，并可根據需要選配 ARD3 的其他功能模塊或附件，與接觸器、電動(dòng)機起動(dòng)器等電器元件構成電動(dòng)機控制保護單元，有遠程自動(dòng)控制、現場(chǎng)直接控制、面板指示、信號報警、現場(chǎng)總線(xiàn)通信等   功能。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、以及民用建筑等領(lǐng)域。

4.2技術(shù)參數

注：1、附加功能可以同時(shí)選擇多種，起動(dòng)方式、額定電流只能選擇一種，如有一臺電動(dòng)機電流為 45A，直接起動(dòng)需要有通訊功能、剩余電流保護、溫度保護功能，顯示方式為分體液晶顯示，訂貨型號為 ARD3—100T/LTC-90L。

2、剩余電流分為接地電流和漏電流，二者只能選其一。接地電流采用三相電流矢量和疊加而成；漏電流通過(guò)使用漏電互感器檢測，在訂貨時(shí)注明漏電流信號量程，便于出廠(chǎng)設置，   漏電互感器標配。電流規格為 1A、5A 時(shí)，需選用孔徑合適的漏電流互感器。

3、4～20mA 模擬量出廠(chǎng)默認為電動(dòng)機 2 倍額定電流，即電動(dòng)機 2 倍額定電流對應 20mA，

0 對應 4mA。用戶(hù)可選擇模擬量對應的電量參數：如 A 相電流，B 相電流，C 相電流，AB 線(xiàn)電壓，BC 線(xiàn)電壓，CA 線(xiàn)電壓，有功功率等。DC4mA 對應所選變量的小值，DC20mA 對應所選變量的大值，訂貨時(shí)注明具體要求，否則按默認值設置。

4、過(guò)載保護選擇是 tE 時(shí)間保護或反時(shí)限過(guò)載保護，默認是反時(shí)限過(guò)載保護，需要 tE保護時(shí)要在訂貨單中注明，否則按默認值設置。

5、電動(dòng)機保護器應與其產(chǎn)品編號一致的電流互感器、零序電流互感器配套使用。

6、選擇雙通訊（2C）時(shí)，不能再選擇溫度保護功能，32、33 作為第二路通訊接口

5 結束語(yǔ) 

以約旦某水泥廠(chǎng)為例介紹了反時(shí)限過(guò)電流保護在水 泥廠(chǎng)高壓設備保護中的應用，反時(shí)限過(guò)流保護較目前常 用的定時(shí)限過(guò)流保護能更好的反映被保護設備的過(guò)流過(guò) 載特性，為反時(shí)限過(guò)流保護在水泥廠(chǎng)中的應用提供了一定的參考。

參考文獻
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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊，2019.11.