吳海杰+黃景昊

【摘 要】廠用電動機(jī)的可靠運行對核電廠的安全運行至關(guān)重要，文中闡述了6kV中壓電動機(jī)保護(hù)元件的動作配合原則，并簡單介紹了核電廠6kV電動機(jī)常用的保護(hù)類型，最后探討了一些在現(xiàn)場應(yīng)用中易出現(xiàn)的電動機(jī)保護(hù)誤動問題。

【關(guān)鍵詞】核電廠；中壓電動機(jī)；保護(hù)配置；誤動

0 引言

核電廠在生產(chǎn)電力過程中，有大量的以電動機(jī)拖動的機(jī)械設(shè)備用以保證反應(yīng)堆、汽輪發(fā)電機(jī)組等主設(shè)備和輔助設(shè)備的正常運行[1]。因此，電動機(jī)的可靠運行與核電廠的安全穩(wěn)定運行密切相關(guān)，電動機(jī)故障后，若保護(hù)拒動可能會導(dǎo)致電動機(jī)燒毀，而電動機(jī)保護(hù)誤動則可能會導(dǎo)致停機(jī)停堆。

1 6kV電動機(jī)的保護(hù)配合

在核電廠中，額定功率大于1000kW的電動機(jī)由斷路器柜供電，額定功率小于或等于1000kW的電動機(jī)由熔斷器-接觸器柜（F-C柜）供電。在由斷路器柜供電的電動機(jī)饋線中，電動機(jī)的過載、短路等保護(hù)均通過綜合保護(hù)裝置出口至斷路器的分閘脫扣器實現(xiàn)；在由F-C柜供電的電動機(jī)饋線中，電動機(jī)保護(hù)由熔斷器的一次保護(hù)和綜合保護(hù)裝置的二次保護(hù)配合共同完成[2]。熔斷器作為保護(hù)電器，可在大故障電流下斷開回路提供短路保護(hù)，在小故障電流或過載情況下借助綜合保護(hù)裝置由真空接觸器斷開回路提供過載保護(hù)。

在F-C回路控制的電動機(jī)保護(hù)配合中，熔斷器的安秒特性曲線和綜合保護(hù)裝置特性曲線交點以下的電流由接觸器開斷，且該交點處的電流必須小于接觸器開斷能力；交點以下的電流由熔斷器開斷，當(dāng)故障電流超過接觸器開斷能力時，必須能保證熔斷器能可靠動作，且綜合保護(hù)裝置應(yīng)閉鎖保護(hù)出口。

2 6kV電動機(jī)的保護(hù)類型

核電廠6kV電動機(jī)裝設(shè)的保護(hù)有差動保護(hù)、綜合保護(hù)和低電壓保護(hù)，其中綜合保護(hù)包括過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、單相接地保護(hù)等。

2.1 差動保護(hù)

根據(jù)壓水堆核電廠的設(shè)計準(zhǔn)則[3]，由斷路器柜供電的電動機(jī)饋線中，額定功率在2MW及以上的電動機(jī)應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)；對未裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)或縱聯(lián)差動保護(hù)僅保護(hù)電動機(jī)繞組而不包括電纜時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。海南昌江核電廠對一些特別重要的電機(jī)如主泵、主給水泵和循環(huán)水泵電機(jī)，通過ABB的SPAE010高阻抗保護(hù)裝置，配置了縱聯(lián)差動保護(hù)作為相間保護(hù)的主保護(hù)。

2.2 綜合保護(hù)

對于斷路器柜，過流保護(hù)作為差動保護(hù)的后備保護(hù)；對于F-C柜，熔斷器可切除高倍數(shù)的短路故障電流，低倍數(shù)短路電流的切除由電動機(jī)綜合保護(hù)裝置的過流單元實現(xiàn)。在核電廠中需要注意的是，當(dāng)6kV安全級廠用電動機(jī)由柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急供電時，由于柴油發(fā)電具有較低的短路容量，可能不足以使熔斷器熔斷，因此必須設(shè)具有很短延時的過電流保護(hù)，動作于接觸器切除低值短路故障。

對于6kV電動機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)，一般是通過電動機(jī)綜合保護(hù)裝置的熱過載單元來保護(hù)電機(jī)避免短時和長時過載；對于單相接地故障，則是通過無方向接地故障單元來進(jìn)行保護(hù)，可動作于跳閘，也可動作于信號。海南昌江核電廠采用ABB的SPAM150C電動機(jī)保護(hù)裝置對6kV電動機(jī)進(jìn)行綜合保護(hù)，可實現(xiàn)熱過載、高整定過流、相不平衡和單相接地等保護(hù)，除了單相接地保護(hù)動作于報警，其他保護(hù)均動作于跳閘。

2.3 低電壓保護(hù)

電動機(jī)裝設(shè)低電壓保護(hù)并不是為了反映電氣故障，而是為了重要電機(jī)的自啟動。在核電廠中，對于非安全級廠用電動機(jī)，當(dāng)母線長時間（t>10s）失壓時，切斷全部電動機(jī)饋線，以防止當(dāng)電壓恢復(fù)時電動機(jī)的意外自啟動；對于安全級廠用電動機(jī)，由于在由正常電源向應(yīng)急電源切換過程中及由應(yīng)急電源供電的任何時間都應(yīng)保證對負(fù)荷的供電，因此不裝設(shè)低電壓保護(hù)。

3 實際應(yīng)用中需要注意的問題

3.1 不平衡保護(hù)誤動

電動機(jī)正常運行時負(fù)序電流和三相不平衡度較小，為保證不平衡保護(hù)的靈敏度，一般按躲過正常運行時的最大負(fù)序電流整定。因此，不平衡保護(hù)整定值較低（20%-30%），時限也較?。?-2s）。如此，在電動機(jī)斷相或內(nèi)部不對稱故障時，不平衡保護(hù)能快速可靠動作；但是在外部短路嚴(yán)重或電壓波動時，容易造成保護(hù)誤動。

某廠廠用電機(jī)在變壓器合閘時三相不平衡保護(hù)誤動作，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)該廠6kV電機(jī)采用的是反時限電流不平衡保護(hù)，動作時間為一個電流不平衡度ΔI和設(shè)定值ΔT的函數(shù)。在相同的電流不平衡度ΔI下，設(shè)定ΔT值越小，動作時間越快。變壓器合閘時由于勵磁涌流和和應(yīng)涌流使電機(jī)三相電流不平衡度較大，最終導(dǎo)致不平衡保護(hù)誤動作。

實際上，三相電流不平衡時會引起負(fù)序電流，使電動機(jī)逆轉(zhuǎn)矩增加，溫度上升，此時電機(jī)的過熱保護(hù)已能提供保護(hù)；嚴(yán)重不平衡時，單相接地也能起到保護(hù)作用，所以沒必要要求不平衡保護(hù)具有較高的靈敏度，可將不平衡保護(hù)的延時時間延長或?qū)⒈Ｗo(hù)出口動作于信號而非跳閘。

3.2 速斷保護(hù)誤動

電動機(jī)保護(hù)裝置一般都將電流速斷保護(hù)定值整定為額定電流的10-12倍，而實際上電機(jī)起動后的正常運行電流并不大，所以速斷保護(hù)的靈敏度并不理想。為了提高保護(hù)靈敏度，一些保護(hù)裝置將電流速斷保護(hù)分為電機(jī)啟動階段和正常運行階段分別整定，將電機(jī)啟動后的電流速斷保護(hù)定值整定為一個較低值，電機(jī)啟動時保護(hù)定值自動加倍或整定為10-12In，如此雖然具有較高的保護(hù)靈敏度，但是當(dāng)母線電壓發(fā)生變化時，電流速斷保護(hù)可能會誤動作。一方面，當(dāng)外部發(fā)生短路故障時，由于電動機(jī)磁通不能突變，繞組仍有較大的電動勢，使電動機(jī)向故障點反饋電流；另一方面，備用電源切換期間，母線電壓降低后又迅速恢復(fù)，而保護(hù)裝置不一定能判別出電機(jī)啟動過程，使得電機(jī)啟動電流大于電流速斷低值，導(dǎo)致電機(jī)誤跳閘，使備用電源自投失去意義。

核電廠6kV系統(tǒng)慢切換過程中，為了減少切換成功后電動機(jī)重新啟動對輔變的沖擊，電動機(jī)一般都設(shè)定為跳閘，唯一例外的是為了滿足汽機(jī)冷卻需要仍保留了SRI（常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)）泵，所以在整定過程中，SRI泵電機(jī)的電流速斷保護(hù)低值必須經(jīng)過實際運行驗證后方可投入。

3.3 熱過載保護(hù)誤動

4 結(jié)語

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電動機(jī)綜合保護(hù)裝置的功能將更完善，成本也將更低，但是在實際使用前必須理解保護(hù)裝置中各保護(hù)單元整定值的含義，否則很有可能導(dǎo)致電機(jī)保護(hù)誤動或拒動，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李磊.廠用電動機(jī)保護(hù)配置的探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（28）：55-57.

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[3]EJ1134-2001壓水堆核電廠廠用電系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則[S].

[4]賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國電力出版社，2014.

[責(zé)任編輯：許麗]