淺談核電廠中壓電動機(jī)保護(hù)定值的技術(shù)改造

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：中壓電機(jī)是核電廠重要的廠用負(fù)荷，是保證電站長期穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，本文介紹了某廠電動機(jī)保護(hù)定值從調(diào)試到商運(yùn)等不同階段的變化過程，在國家規(guī)范未明確系統(tǒng)和設(shè)備誰的優(yōu)先級更高的情況下，根據(jù)電動機(jī)自身參數(shù)，對電動機(jī)保護(hù)配置定值進(jìn)行整定和優(yōu)化，將是一種兼顧系統(tǒng)和設(shè)備的選擇。

關(guān)鍵詞：中壓電動機(jī);保護(hù)定值;技術(shù)改造

1 概述
  某核電廠中壓母線電動機(jī)配置了ABB生產(chǎn)的SPAM150C綜合保護(hù)裝置，是一種在國內(nèi)二代改進(jìn)型核電廠應(yīng)用非常普遍的數(shù)字化多功能電動機(jī)保護(hù)，其用于接觸器和斷路器控制交流電動機(jī)的場合，具有自診斷功能的監(jiān)示系統(tǒng)，適用于所有惡劣環(huán)境的應(yīng)用領(lǐng)域，保護(hù)裝置外殼鋁壓鑄成型，防護(hù)等級達(dá)IP54，該款具有如下功能:三相熱過載保護(hù)、啟動監(jiān)視單元熱應(yīng)力保護(hù)(堵轉(zhuǎn)保護(hù))、三相定時(shí)限過流保護(hù)、定時(shí)限接地故障保護(hù)、相序或相不平衡保護(hù)、定時(shí)限低電流保護(hù)、累積啟動計(jì)數(shù)和重啟動閉鎖功能等。2014年，鄰廠發(fā)生電動機(jī)損壞事件，經(jīng)故障排查，排除過流、接地、過負(fù)荷等原因，SPAM150C與國產(chǎn)保護(hù)相比，沒有引入電流負(fù)序分量，使得所產(chǎn)生的發(fā)熱量不能*反映電動機(jī)實(shí)際發(fā)熱水平，導(dǎo)致電機(jī)損壞的原因是熱容量相關(guān)保護(hù)設(shè)置不合理;經(jīng)驗(yàn)反饋到本廠后，有必要開展電動機(jī)熱保護(hù)配合合理性的技術(shù)分析和論證，以免再次發(fā)生此類事件。

2 電動機(jī)熱保護(hù)配置現(xiàn)狀
  由于不同階段側(cè)重點(diǎn)不同，相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)維策略也在變化。在調(diào)整試驗(yàn)階段，由于機(jī)組尚未帶核運(yùn)行，其定值設(shè)置更傾向于保護(hù)中壓電動機(jī)設(shè)備本身;隨著投產(chǎn)后的一兩年間，因電動機(jī)保護(hù)定值不合理設(shè)置，造成相關(guān)設(shè)備運(yùn)行過程中跳閘，甚至鄰廠發(fā)生的電動機(jī)燒毀事件，嚴(yán)重影響設(shè)備可用性及功能實(shí)現(xiàn)，對電廠構(gòu)成威脅，相關(guān)電動機(jī)保護(hù)的設(shè)置思路應(yīng)從保護(hù)電機(jī)變更為保護(hù)系統(tǒng)，如此技術(shù)改造的需求提上議事日程。
  電動機(jī)保護(hù)中，涉及熱保護(hù)的主要有熱過載、啟動監(jiān)視單元。任何一臺電動機(jī)在啟動過程中均會發(fā)熱，但對于其在啟動過程產(chǎn)生的熱量θ為其允許熱量的多少，一般無法精確計(jì)算。電動機(jī)的生產(chǎn)廠家一般會標(biāo)注該型電機(jī)允許熱態(tài)啟動次數(shù)、冷態(tài)啟動次數(shù)(一定時(shí)間內(nèi))。在對電機(jī)的熱過載保護(hù)進(jìn)行整定時(shí)，一般采取保守原則，熱態(tài)啟動按照一次，冷態(tài)啟動按照兩次(一定時(shí)間內(nèi))，整定電動機(jī)的啟動時(shí)間累加單元閉鎖值∑tsi［s］、啟動時(shí)間累加單元遞減率△∑ts［s/h］。在SPAM150C保護(hù)裝置上的熱容量閉鎖啟動值θi，則是根據(jù)電動機(jī)的啟動時(shí)間ts和失速時(shí)間設(shè)定值t6x［s］得出的，由1－ts/t6x確定。
  過載保護(hù)是一種用于電動機(jī)在不同條件下的充分熱保護(hù)構(gòu)成，它的穩(wěn)態(tài)值取決于負(fù)載電流的平方值，由兩種繼電器設(shè)定值整定，Iθ和t6x，Iθ是滿負(fù)荷電流，t6x則是指在冷態(tài)電動機(jī)在以6倍滿負(fù)荷電流啟動時(shí)，熱元件的動作時(shí)間。正常情況下，只要電動機(jī)的運(yùn)行電流在Iθ值以下，該保護(hù)不會動作，假若電動機(jī)的運(yùn)行電流值超過Iθ值5%，電動機(jī)的熱容量在經(jīng)過一段時(shí)間積累后，保護(hù)會動作于跳閘。動作時(shí)間長短則取決于當(dāng)前的電動機(jī)負(fù)載電流及Iθ值和失速時(shí)間t6x。因此熱過載保護(hù)是一種較為可靠，也較全的保護(hù)。該廠3、4號機(jī)組自調(diào)試以來，中壓電動機(jī)保護(hù)有過三次設(shè)置，一次根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的初版定值進(jìn)行了設(shè)置，通過在電動機(jī)調(diào)試過程中進(jìn)行驗(yàn)證，部分定值因配合問題不適用，進(jìn)行了改正;另一次，在機(jī)組調(diào)試結(jié)束前夕，于2011年做出如下修改：
一是APD、ATE、CRF、DVN電機(jī)設(shè)置熱保護(hù)限制和啟動次數(shù)限制，冷態(tài)能啟動3次，熱態(tài)能啟動2次;
二是RCP電機(jī)設(shè)置熱保護(hù)限制和啟動次數(shù)限制，保持原限定值;
三是LHA/B應(yīng)急母線上的電動機(jī)不設(shè)置啟動禁止保護(hù)功能(具體實(shí)施方法為:不設(shè)置熱保護(hù)限制，將熱容量閉鎖啟動值t6x、1i設(shè)置為大，將啟動次數(shù)限制定值∑tsi、△∑ts調(diào)到大);
四是對于主泵及其他未設(shè)置熱保護(hù)限值及啟動次數(shù)限制的電機(jī)，將根據(jù)運(yùn)行規(guī)程做出相關(guān)限制要求(即不僅考慮電氣因素，需綜合綜合機(jī)組狀態(tài)和要求)。即此次技改后，對于未設(shè)置熱過載保護(hù)與禁止再啟動熱量值保護(hù)的電機(jī)而言，電機(jī)配置的保護(hù)也僅限于熱應(yīng)力與過流速斷保護(hù)及相不平衡保護(hù)等。在電機(jī)啟動電流與啟動時(shí)間不超出熱應(yīng)力保護(hù)范圍情況下，可以無限制啟動;在電機(jī)負(fù)荷對稱，但又沒有達(dá)到熱應(yīng)力及速斷保護(hù)范圍時(shí)，電機(jī)可以長期運(yùn)轉(zhuǎn)(如過負(fù)荷等)。
  3、4號機(jī)組設(shè)置熱過載保護(hù)的中壓電機(jī)情況為:(1)未設(shè)置的13類，APA、CEX、SRI、SAP、SEC、JPP、EAS、ＲCV、ＲＲA、ＲＲI、ASG、ＲIS、DEG;(2)已設(shè)置的5類，APD、ATE、CRF、DVN、RCP。

3 外部熱保護(hù)配置咨詢、調(diào)研
  通過函詢設(shè)計(jì)院，得到答復(fù):在我國現(xiàn)行相關(guān)保護(hù)規(guī)范中，未明確設(shè)備、系統(tǒng)之間的主次之分，建議根據(jù)電機(jī)廠家參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)對其他電廠進(jìn)行調(diào)研，某300MW電廠配置有啟動監(jiān)視、堵轉(zhuǎn);某750MW電廠配置有熱過載、堵轉(zhuǎn)，未設(shè)置啟動次數(shù)限制;某900MW電廠設(shè)置熱過載保護(hù)，其啟動閉鎖值設(shè)定為大，即要求在熱量允許范圍內(nèi)可以啟動盡可能多的次數(shù)，啟動時(shí)間累加功能定值均設(shè)置為大。綜上，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中未明確，且各廠保護(hù)設(shè)置不盡相同。通過按照電機(jī)廠家建議和自身參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，把握好熱過載和熱應(yīng)力保護(hù)的配合，在熱限值內(nèi)啟動盡可能多的次數(shù)將有助于提升系統(tǒng)水平。

4 技改方案討論和確定

圖1 APA制造廠家熱過載曲線

  通過組織討論，明確整定原則為:結(jié)合現(xiàn)場電機(jī)運(yùn)行實(shí)際，嚴(yán)格設(shè)置滿載電流設(shè)定值Iθ、失速時(shí)間設(shè)定值t6x、啟動電流Is、啟動時(shí)間ts;將熱容量閉鎖啟動值θi調(diào)到大。即在熱容量允許范圍內(nèi)啟動盡量多的次數(shù)。以APA電機(jī)為例，其參數(shù)為:額定電流845A，CT變比1000/1A，啟動電流5.5IN，啟動時(shí)間為6.8s。允許的持續(xù)負(fù)荷取決于Iθ，按照1.05倍電機(jī)額定運(yùn)行電流值IN計(jì)算此設(shè)定值:Iθ=1.05*845*1/1000=0.89A，故保護(hù)裝置中的Iθ整定為0.89。
  根據(jù)廠家資料，電機(jī)的啟動電流值為電機(jī)額定運(yùn)行電流的5.5倍，通過計(jì)算得出電機(jī)的啟動電流值Is為:Is=5.5IN=5.5*845*1/1000=4.7A，根據(jù)廠家資料，電機(jī)的啟動時(shí)間ts=6.8s，整定為7s。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，3、4號機(jī)組APA電機(jī)的啟動電流為5.5A，啟動時(shí)間為5s(保護(hù)裝置精度有限，分辨率為1s)。如果按照計(jì)算定值，Is整定為4.7，ts整定為7，按照現(xiàn)場實(shí)際啟動電流，在發(fā)生電機(jī)堵轉(zhuǎn)的情況下，啟動監(jiān)視保護(hù)將會在5.1秒動作出口跳閘，計(jì)算定值不滿足所有運(yùn)行工況，現(xiàn)將Is定值放大，目前保護(hù)設(shè)定值為5.57，故保持現(xiàn)定值不變，確定Is=5.57A。由對應(yīng)的電動機(jī)熱態(tài)條件下的過負(fù)荷時(shí)間/電流特性曲線，及保護(hù)裝置熱保護(hù)的特性曲線選定整定值t6x，查找對應(yīng)的熱態(tài)曲線，整定t6x=14。熱容量θi［%］取大，為80%，則每次啟動積累熱量為:7÷14=50%，處于臨界點(diǎn)，從保護(hù)設(shè)備的穩(wěn)妥角度出發(fā)，將ts修改為8s定值整定后見表1。

表1

  其他定值計(jì)算不再贅述。本次技改定值變更涉及該廠3/4號機(jī)總計(jì)29個電動機(jī)保護(hù)。提請公司技術(shù)委員會審批通過，計(jì)劃在大修中逐步實(shí)施。

5.安科瑞智能電動機(jī)保護(hù)器介紹
5.1產(chǎn)品介紹
  智能電動機(jī)保護(hù)器(以下簡稱保護(hù)器)，采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對電動機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護(hù)人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5.2技術(shù)參數(shù)
5.2.1數(shù)字式電動機(jī)保護(hù)器

5.2.2模塊式電動機(jī)保護(hù)器

5.3產(chǎn)品選型

說明：“√"表示具備，“■"表示可選。

6 結(jié)束語
  根據(jù)工作窗口，分批開展熱保護(hù)定值修改，重新配置了相關(guān)電機(jī)的熱過載保護(hù)、啟動監(jiān)視單元定值。相關(guān)電動機(jī)自此后已運(yùn)行幾個大修循環(huán)，未出現(xiàn)因?yàn)闊岜Ｗo(hù)定值配置不當(dāng)導(dǎo)致不可用的事件發(fā)生，當(dāng)前的運(yùn)行業(yè)績標(biāo)明，在國家規(guī)范和吧標(biāo)準(zhǔn)尚未明確系統(tǒng)和設(shè)備誰的優(yōu)先級更高的前提下，根據(jù)電動機(jī)參數(shù)，進(jìn)行保護(hù)定值的整定和配置，將是兼顧兩者的良好選擇。后續(xù)將繼續(xù)做好電動機(jī)電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保中壓電動機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)
[1]電動機(jī)廠家技術(shù)文件［Z］．
[2]張黎．核電廠中壓電動機(jī)保護(hù)定值的技術(shù)改造
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版

作者簡介：劉細(xì)鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電