国电南自PSM692U电动机保护

PSM 692U 电动机综合保护测控装置
1 功能
z 电流速断保护
z 定时限过流保护
z 两段定时限负序过流保护/反时限负序保护
z 过热保护
z 堵转保护
z 单相接地保护
z 低电压保护
z 过负荷保护
z 非电量保护
z F-C 闭锁功能
z 4-20mA 输出
z 9 条故障录波，2 条启动录波
z I，U，P，Q，Cosφ，有功电度，无功电度，14 路开关量采集
z GPS 对时（分脉冲，秒脉冲或 IRIG-B 方式）
2 原理说明
2.1 电流速断保护
异步电动机在启动过程中电流很大，通常能达到 5～8 倍额定电流(Ie)，启动时间能长达几十秒。装
置设两个速断定值，在起机过程中采用“启动中速断定值”，该值按躲过电动机启动电流整定，等电动机
启动过程结束后，自动采用“启动后速断定值”，该值按电动机自启动电流和区外出口短路时电动机较大
反馈电流考虑，取两个电流中的大者。 
a)启动时间 tst 按躲过较长的启动时间整定，tst＞tst.max。 
b)启动时的整定值 Iop.h 按躲过电动机启动电流 Ist 整定，即： 
当 t≤tst 时，Iop.h＝krel×Ist,，为躲过非周期分量的影响，krel 取 1.5,Ist 为（6～8)Ie。 
c)运行时的整定值 Iop.l 按躲过自启动电流和区外出口短路时电动机较大反馈短路整定，自启动电流
的大小与备用电源自投的延时等因素有关，在厂用电源快切成功时，电动机几乎不存在自启动过程，因为
转速还没有明显降低，只有在残压切换或同期捕捉切换时，电动机转速已明显降低，自启动电流会较大，
按传统方法计算，自启动电流 Iast=5Ie，Iop.l= krel ×Iast×Ie =1.3×5×Ie =6.5Ie 。
区外出口三相短路考虑保护(40～60)ms 固有延时，反馈电流 Ifb=6Ie。 
Iop.l = krel ×Ifb=1.3×6 Ie =7.8Ie。
d)速断保护的短延时用于与 F-C 回路配合。 
2.2 定时限过流保护
当电动机三相电流 IA、IB、IC 大于过流保护的整定值时，经延时出口。
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过流定值可根据启动电流整定，一般为（1.2～2）Ie。延时按躲过电动机启动时间整定。
2.3 两段定时限负序过流保护/反时限负序保护
当电动机出现三相电压不平衡、断相、反相、匝间短路时，会产生负序电流。
正序电流为 I1、负序电流为 I2，
若三相电流都接入装置，则：
( )/ 3 . 2 . . 1.I = I A + a I B + a I C ； ( )/ 3 . . 2 . 2 .I = I A + a I B + a I C ； j2π/ 3 a = e
一般电动机保护只接入两相（即 A、C 相）电流，其正负序电流可按下式计算：
( )/ 3 . . 1.I = I A +βI C ； ( )/ 3 . . 2 .I = I C +βI A ； β＝ jπ/ 3 e−
两段定时限负序过流保护中，一段用于跳闸，二段用于告警。
反时限负序保护动作方程为：
( / ) T t 2 I Ied =
其中：T－负序反时限常数
 I2－负序电流值
 Ied－电机二次额定电流值
为防止外部故障或外部供电系统出现不平衡时，电动机的反馈负序电流可能引起负序过流保护误动。
根据区内、区外发生不对称短路时 I2/I1 的比值不同，当下列条件满足时，可将负序过流保护闭锁：
 I2≥1.2I1，其中：I1 为正序电流，I2 为负序电流。
2.4 过热保护
电动机过负荷、启动时间过长、堵转等会产生较大的正序电流；而断相、不对称短路、输入电压不
对称时会同时产生较大的正序和负序电流，根据电动机定子正序和负序电流引起的发热特征，可对上述
故障提供过热保护。
用正、负序综合测量值 Ieq 作为等效电流来模拟电动机的发热效应，即：
2 2 2 1 1 2 Ieq = K × I + 6I
其中：Ieq —等效电流
I1 —正序电流（标幺值）
I2 —负序电流（标幺值）
K1 —正序电流发热系数，在电机启动过程中 K1＝0.5，启动完毕 K1＝1 
根据电动机的发热模型反时限特性，为有效保护电动机，保护的动作时间 t 和等效电流 Ieq 的关系有
如下两条曲线可供选择：
1） 2 2 − ∞ = Ieq I t τ
其中：τ —过热时间常数。
I∞—允许电机长期运行的较大电流值，一般可设为 1.1 
2） 2 2 2 2
ln − ∞ − = Ieq I
Ieq Ip t τ
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其中：τ —过热时间常数。
I∞—允许电机长期运行的较大电流值，一般可设为 1.1 
Ip —过负荷前的负载电流，若过负荷前处于冷态，则 Ip=0 
选择上述两曲线之一进行计算，当热积累值达到τ时，装置跳闸。 
2.5 堵转保护
由于机械故障、负荷过大、电压过低等原因可能使转子处于堵转状态。在全电压下堵转的电动机，
电流很大，特别容易烧坏。
装置根据采集的各相电流计算出正序电流，当正序电流大于堵转电流定值时，保护经过延时跳闸。
堵转保护在启动时不退出运行，所以堵转保护延时要大于电动机启动时间。
2.6 单相接地保护
零序过流测量范围为 0.050~30A（二次值），用于非直接接地系统。
当 3I0 大于零序过流整定值，保护经延时跳闸。
2.7 低电压保护及 PT 断线闭锁
当电动机电源电压短时降低或短时中断后又恢复时，为保证重要电动机的自启动而需要切除次要的
电动机。
当输入装置的三个线电压 Uab、Ubc 及 Uca 同时低于低电压定值时，低电压保护动作，经延时作用
于出口。为防止因 PT 断线使保护误动，设置有 PT 断线闭锁。当发生 PT 断线时，装置将发告警信号并
闭锁低电压保护。
低电压保护定值的设定按躲过成组电动机自启动时的较低电压来整定。
当母线未送电时，低电压保护会动作，未了避免这种情况，装置设有低电压开放条件，必须先满足
开放条件，低电压保护才投入。该条件可由用户设定投入(使用)或退出(不使用)。
低电压开放条件：三个线电压有一个大于 80V，且延时 100ms。该条件一旦成立，低电压保护有效。
当低电压保护动作跳闸后，经过 10S 延时，装置自动使低电压开放条件无效，低电压保护同时返回。
装置采用两种方法识别 PT 断线。
方法一：
当三个线电压中较大与较小之差大于 30V，延时 3S，发 PT 断线信号；当三个线电压中较大与较
小之差小于 30V，且 Uab 大于 80V，PT 断线信号返回。
方法二：
电压突变同时电流不突变，认为 PT 断线，发 PT 断线信号。
电压突变：100mS 内三个线电压中任一个由大于 90V 变为小于 60V。
电流不突变：Ia，Ic 均大于 0.2A，且变化小于 0.1A。
三个线电压都大于９０Ｖ，PT 断线信号返回。
2.8 过负荷保护
当电动机三相电流 IA、IB、IC 大于过负荷保护的整定值时，经过延时，装置发信或跳闸出口（可由
控制字选择）。过负荷定值应小于过流保护定值。由于电机在启动过程中电流较大，所以过负荷延时定值
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应躲过电机自启动时间。
2.9 非电量保护
装置带有 2 个非电量保护，用于变压器电动机组或工艺故障需要跳闸等情况。每个非电量保护可以
整定为跳闸或发信或退出。如不作为非电量保护，整定为退出时，这些点可以作为普通开入量使用。
2.10 4-20mA 直流输出
装置端子(3X2，3X3)输出一路 4-20mA 直流，用于接至 DCS 系统的模拟量采集卡件（AI）。
该直流输出可在装置设置中由用户选择对应为 Ia 或 Uab 或 P。
2.11 F-C 闭锁功能
当变压器三相电流 IA、IB、IC 任一个大于 FC 闭锁电流定值时，经 FC 闭锁延时，闭锁所有跳接触
器的保护元件，以保证熔断器首先熔断。当三相电流 IA、IB、IC 均小于 FC 闭锁电流定值时，经 100ms
延时，开放跳接触器的保护元件。