国电南自PSM693U同步电动机保护

PSM 693U 同步电动机差动综合保护装置
1 功能
z 差动保护
z 差动速断保护
z 差流越限告警
z TA 断线告警及 TA 断线闭锁
z 电流速断保护
z 定时限过流保护
z 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 PT 断线告警
z 逆功率保护
z 功率因数保护
z 非电量保护
z 9 条故障录波，2 条启动录波
z 遥控开关分合
z I，U，P，Q，Cosφ，有功电度，无功电度，10 路开关量采集
z GPS 对时（分脉冲，秒脉冲或 IRIG-B 方式）
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2 原理说明
2.1 差动保护
2.1.1 比例制动
K
Isd
Ig
制动区
差动动作区
差动速断动作区
Icd
Id
Izd
装置采集 A、B、C 各相两侧的电流 I1、I2，经运算得到
Izd = Max（I 1 , I 2）
Id = | I1 － I2 | （两侧 TA 为同极性接线）
动作方程：
如果制动电流 Izd 小于拐点电流 Ig，动作方程为 Id＞Icd 
如果制动电流 Izd 大于拐点电流 Ig，动作方程为 Id＞Icd＋（Izd－Ig）＊K 
其中：
Izd—制动电流，取较大相电流 ；
Id —差电流；
Icd—差动定值； 
Ig —拐点电流值。
拐点电流为 0.7 倍的额定电流 Ie。
制动系数 K 可整定。
2.1.2 谐波制动
考虑到短引线尾端一次侧 TA 因负载较重或由于暂态分量影响造成 TA 饱和，采用谐波制动，可有效
防止短引线差动保护误动作。
A 相二次谐波和三次谐波制动差动保护动作方程：
2
NIA
NIAF2＜K 且 3
NIA
NIAF3＜K
NIAF2 尾端 A 相二次谐波的幅值
NIAF3 尾端 A 相三次谐波的幅值
Izd Ig
Id Icd K −− =
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NIA 尾端 A 相基波的幅值
K2 为二次谐波制动系数，一般取 0.15 
K3 为三次谐波制动系数，一般取 0.15 
C 相同 A 相。
同时装置中增加了电机区内、区外故障识别元件，在区内故障时退出谐波制动元件，保证差动保护
快速动作。
2.2 差动速断保护
当任一相差流大于差动速断保护的整定值时，则保护装置将无延时出口。
2.3 差流越限告警
装置在检测任一相差流值达到差流越限告警整定值时，经一定的延时发告警信号。
2.4 TA 断线告警
短引线在额定电流下运行，任一侧的任一相 TA 断线时，装置可根据控制字发信或闭锁差动。
2.5 电流速断保护
当电动机三相电流 IA、IB、IC 大于速断保护的整定值时，则保护装置将动作出口。在电机起动时间
内速断保护的定值按整定倍数加大 （加倍时间由电机起动时间定值决定）。起动结束后速断保护定值自动
恢复为原定值。这样可防止在起动过程中起动电流过大引起的误动，又可在电机运行过程中具有较高的灵
敏度。
速断定值按躲过电机起动电流整定，时限可整定为无延时或较短的延时。
电动机起动速断倍数
K Istart Isd × =
式中 K—可靠系数，取 1.2~1.3；Istart —电机起动较大电流，一般为（8～10）Ie。
2.6 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。
过流保护在启动时，退出运行。
过流定值可根据起动电流整定，一般为（1.2～2） Ie。
2.7 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−
负序保护的动作为反时限特性，动作方程为：
其中： T —负序反时限常数。
 I2 —负序电流测量值。
 Ied—电机二次额定电流值。
说明：在负序过流保护中设置有起动元件，只有电动机的负序电流大于起动元件的门槛值时，才能起
动反时限计时。另外，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：
⎟⎠⎞ ⎜⎝⎛ =
ed I I T t 2
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 I2≥1.2I1，
其中：I1—正序电流
 I2—负序电流
2.8 过热保护
电动机过负荷、起动时间过长、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：
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，在电机起动过程中 K1＝0.5，起动完毕 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）
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
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，设 Ka 为过热报警系数（0＜Ka≤1），当热积累值达到 Ka×τ时，装置
告警发信。热含量值达到τ时，装置跳闸或发信。 
2.9 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。
堵转保护在电动机启动时，不退出运行，所以堵转保护延时要大于电动机启动时间。
2.10 单相接地保护
对高压电动机供电的系统，通常为小电流接地系统。其单相接地保护的动作电流较小，一般整定值范
围在 200mA 以内，但对精度要求较高。本装置对零序的测量精度很高，可达 1mA。
当输入保护的零序电流大于零序保护整定值，保护经延时发信或跳闸（可由控制字选择）。
2.11 低电压保护及 PT 断线闭锁
 当电动机电源电压低于低电压强励定值时，装置经延时给励磁系统发低电压强励信号。当电动机低于
低电压定值时，低电压强励返回。
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起动时的较低电压来整定。
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
2 2 2 1 1 2 Ieq = K × I + 6× I 2 2 − ∞ = Ieq I t τ
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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。
2.12 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。由于电机在起动过程中电流较大，所以过负荷延时定值
应躲过电机自起动时间。
2.13 非同步冲击保护（逆功率保护）
当逆功率大于逆功率定值，电动机冷启动时间大于逆功率启动延时，无 PT 断线闭锁，负序电压小于
5%的额定电压时，装置经逆功率保护延时，发信或跳闸。 
2.14 失磁和失步保护（功率因数保护）
当功率因数为落后 30 度到 150 度时，电动机冷启动时间大于功率因数启动延时，无 PT 断线闭锁，负
序电压小于 5%的额定电压时，装置经功率因数保护延时，发信或跳闸。
2.15 非电量保护
 装置可提供 4 路非电量保护，用于励磁故障、工艺故障等非电量。
2.16 开机逻辑
装置 3X2 励磁就绪，3X3 工艺联锁和 3X4 辅机运行三个开入量闭合时，装置 4X17,4X18 闭合。需要
开机逻辑时，需把 4X17,4X18 串入装置手合回路。