WDZ-430EX电动机综合保护测控装置说明书(1)

第三章WDZ-430EX电动机综合保护测控装置
1. 产品用途及特点
WDZ-430EX电动机综合保护测控装置（以下简称装置）主要用于大型及中型三相异步电动机的综合保护和测控，对特大型电动机（2000KW及以上，或主保护灵敏度校验不合格）需加装与之配套的WDZ-431EX电动机差动保护装置。

装置可配置独立的操作回路和防跳回路，可适用于各种出口的电动机回路。

完备的保护功能：
●电流速断保护（反向功率闭锁）
●负序过流一段保护
●负序过流二段保护
●接地保护
●过热保护
●过热禁止再启动保护
●堵转保护
●长启动保护
●正序过流保护
●过负荷保护
●欠压保护
●PT断线告警
●FC回路大电流闭锁出口
●熔断器保护
●独立的操作回路和防跳回路（选配）
●故障录波和电机启动过程录波
测控功能：
●10路遥信开入采集、装置内部遥信、事故遥信
●断路器遥控跳、合
●遥测量：三相电压，三相电流，P，Q，功率因数，频率
●2路脉冲量输入实现外部电度表自动抄表
●内嵌高精度智能电度表，输出有功脉冲，可节省外部电度表（选配）
●1路4～20mA直流模拟量输出，替代变送器作为DCS测量接口（选配）
●电动机启动信息和启停次数统计
通讯功能：
●多种通讯接口：RS485、CAN、以太网，可支持双网
本装置具有如下特点：
●采用先进的32位嵌入式微处理器
●汉字液晶显示、操作简便直观
●用串行EEPROM存放保护定值
●可预先设定5套定值适应各种运行工况
●带掉电保持的SOE和自检报告
●软、硬件冗余设计，抗干扰性能强
●完善的软、硬件自检，二级看门狗
●全密封嵌入式机箱设计，体积小，重量轻，可直接安装在开关柜上
●安全可靠的高速现场总线技术，支持RS485、CAN、以太网，支持双网
●完善、灵活的保护功能，全面、准确、可靠的测控功能
●可选配DCS测量接口（4～20mA模拟量输出）
●可选配独立的操作回路和防跳回路，并能自动适应跳合闸电流的大小。

2. 主要保护功能及原理
保护原理框图见图3.1。

t<t qd(
t≥t qd(
I max≤1.05I e
I0>I0dz
I max
I2>I21dz
I2>I22dz I0≥[1+（I max/I e-1.05
I a
反向功率闭锁A相正方向
I b
B相正方向
I c
C相正方向
I a
反向功率闭锁A相正方向
I b
B相正方向
I c
C相正方向
Ia>Ifcbs Ib>Ifcbs Ic>Ifcbs
Ia>Ib>Ic >
注：U max =Max （Uab,Ubc,Uca ）,,其他符号定义参见定值表 BTJ 为保护跳闸继电器
ACT 为保护动作信号继电器 FLT 为保护动作告警继电器
I max =Max （Ia,Ib,Ic ）Umax<5V Imax>Ie/4Umax>20V
Imax>Ie/4I a >I gfh I c >I gfh
保护启动前U max >1.05U qy
I 1>I 1gl
I c <1.125I e
I b <1.125I e I b >1.I c >1.t>t yd t>t qdj
PT 断线闭锁I a >1.I a <1.125I e I b >I gfh I b I c I a U bc <U qy U ab <U qy U ca <U qy U max <5V I max <I e /8开关在合位
图3.1 WDZ-430EX 保护原理框图
2.1.电流速断保护（反向功率闭锁）
其动作判据为：
I max=max（I a，I b，I c）
I max＞I sdg 在电动机额定启动时间内
或I max＞I sdd在电动机额定启动时间后
t＞t sd
式中，I max：A、B、C相电流（I a，I b，I c）最大值（A）
I sdg：速断动作电流高值（电动机启动过程中速断电流动作值）（A）
I sdd：速断动作电流低值（电动机启动结束后速断电流动作值）（A）
t sd：整定的速断保护动作时间（s）
本保护在电动机启动时，可以避开启动开始瞬间的暂态峰值电流。

为了防止外部故障时电动机倒送大电流引起电流速断保护误动作，本保护设置了反向功率闭锁速断保护的功能。

如果反向功率闭锁速断功能投入，当电流和电压同向时，开放保护；当电流和电压反向时，闭锁保护。

2.2.负序过流一段保护
其动作判据为：
＞I21dz
I
t＞t21dz
式中，I2：负序电流（A）
I21dz：负序过流一段电流动作值（A）
t21dz：负序过流一段保护动作时间（s）
2.3.负序过流二段保护
其动作判据为：
＞I22dz
I
t＞t22dz
式中，I22dz：负序过流二段电流动作值（A）
t22dz：负序过流二段保护动作时间（s）
2.4.接地保护
采用零序电流互感器获取电动机的零序电流，构成电动机的单相接地保护。

为防止在电
动机较大的启动电流下，由于零序不平衡电流引起本保护误动作，本保护采用了最大相电流I max 作制动量，其动作特性见图3.2。

I 0＞I 0dz
当I max ≤1.05I e 时 或I 0＞[1+（I max /I e -1.05）/4]I 0dz
当I max ＞1.05I e 时
t 0＞t 0dz
式中，I 0：电动机的零序电流倍数
I 0dz ：零序电流动作值（倍） I e ：电动机额定电流（A ）
t 0dz ：整定的接地保护动作时间（s ） t 0：接地保护动作时间（s ）
零序额定电流视中性点接地电流大小确定，本装置提供I 0e =0.02A 和I 0e =0.2A 两种供选择。

一般有，中性点小电流接地时，取I 0e =0.02A ；中性点大电流接地时，取I 0e =0.2A 。

2.5.过热保护
装置可以在各种运行工况下，建立电动机的发热模型，对电动机提供准确的过热保护，考虑到正、负序电流的热效应不同，在发热模型中采用热等效电流I eq ，其表达式为：
式中,
K 1 =0.5 额定启动时间内 =1
额定启动时间后 K 2 =3～10
本装置取6
K 1随启动过程变化，
K 2用于表示负序电流在发热模型中的热效应，由于负序电流在转子中的热效应比正序电流高很多，比例上等于在两倍系统频率下转子交流阻抗对直流阻抗之比。

根据理论和经验，本装置取K 2=6。

2
2I 2K 21I 1K eq I
+=
2
1
I max /I e
图3.2 接地保护特性曲线
电动机的积累过热量θΣ为：
式中，Δt ：积累过热量计算间隔时间，本装置取Δt=0.1s 。

电动机的跳闸（允许）过热量θT 为：
式中，T fr ：电动机的发热时间常数（s ）
当θΣ＞θT 时，过热保护动作，θΣ=0表示电动机已达到热平衡，无积累过热量。

为了表示方便，电动机的积累过热量的程度用过热比例θr 表示：
θr =
θΣ
θT
由此可见，θr ＞1.0时，过热保护动作，为提示运行人员，当电动机过热比例θr 超过
过热告警整定值θa 时，装置先告警。

电动机在冷态（即初始过热量θΣ=0）的情况下，过热保护的动作时间为：
t=
T fr
K 1（I 1/I e ）2
+K 2（I 2/I e ）2-1.052
当电动机停运，电动机积累的过热量将逐步衰减，本装置按指数规律衰减过热量，衰
减的时间常数为4倍的电动机散热时间T sr ，即认为T sr 时间后，散热结束，电动机又达到热平衡。

2.6.电动机过热禁止再启动保护
当电动机因过热保护切除后，本保护即检查电动机过热比例θr 是否降低到整定的过热闭锁值θb 以下，如否，则保护出口继电器不返回，禁止电动机再启动，避免由启动电流引起过高温升，损坏电动机，紧急情况下，如在过热比例θr 较高时，需启动电动机，可以按装置面板上的“复归”键，人为清除装置记忆的过热比例θr 值为零。

2.7.堵转保护
用电动机转速开关和相电流构成堵转保护。

其动作判据为：
I max ＞I ddz t ＞t ddz
转速开关触点闭合
fr
2
e T T I ⋅=θ()()Δt I e 1.052I 2eq dt 0
I e 1.052I 2eq Σθ ⎥⎦⎤⎢⎣⎡
-∑=⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡
-=t
式中，I ddz：堵转保护动作电流整定值（A）
t ddz：堵转保护动作时间（s）
本保护需引入电动机转速开关信号。

2.8.长启动保护
首先计算电动机在启动过程中的计算启动时间t qdj：
t qdj=（I qde
）2×t yd I qdm
式中，t qdj：计算启动时间（s）
I qde：电动机的额定启动电流（A）
I qdm：本次电动机启动过程中的最大启动电流（A）
t yd：电动机的允许堵转时间（s）
其次判断，若在计算启动时间t qdj内，I max＜1.125I e，则，电动机正常启动成功，长启动保护算法结束；若在计算启动时间t qdj后，I max＞1.125I e，则，电动机未能正常启动，长启动保护动作。

长启动保护动作时间最长为100s。

2.9.正序过流保护
正序过流保护必须满足下列条件之一方才投入：
✧电动机长启动算法结束；
✧启动时间超过允许堵转时间，t＞t yd；
如果满足下列条件之一，则认为电动机长启动算法结束：
✧如果长启动保护投入：参照长启动保护逻辑；
✧如果长启动保护未投入：I max＜1.125I e；
其动作判据为：
I
1
＞I1gl
t1＞t1gl
式中，I1gl：正序过流保护正序电流动作值（A）
t1gl：整定的正序过流保护动作时间（s）
对于不采用长启动保护的用户，需要注意的是：本保护除了需要整定正序过流动作值I1gl 和正序过流动作时间t1gl，还需要整定电动机允许堵转时间t yd。

2.10.过负荷保护
其动作判据为：
＞I gfh
I
t＞t gfh
式中，I gfh：过负荷保护电流动作值（A）
t gfh：过负荷保护动作时间（s）
2.11.欠压保护
通过测量电动机母线电压来实现，当电动机母线电压降低到整定动作值U qy以下且时间大于整定值t qy时，对电动机提供跳闸保护。

为防止PT断线误切电动机，本保护设置了当PT断线时瞬时闭锁欠压保护动作，PT断线逻辑见2.12。

其动作判据为：
U max=max（U ab，U bc，U ca）
＜U qy
U
t＞t qy
欠压保护启动前，U max＞1.05U qy
式中，U qy：低电压保护电压动作值（A）
t qy：低电压保护动作时间（s）
为了保证发电厂电气联锁的可靠进行，当母线无压、电动机无流、开关在合位，如果上面的动作判据无法启动低电压，则通过下面辅助判据启动低电压跳闸：
＜5V
U
I max＜I e/8
开关在合位
t＞t qy
欠压保护启动前，U max＞1.05U qy
2.12. PT断线
装置有PT断线检测功能，当发生PT断线时，瞬时闭锁欠压保护，并延时15S告警。

PT断线有可能是三相PT断线，此时特征是有流无压，其判据为：
＜5V
U
I max＞I e/4
PT断线有可能是单相或者二相PT断线，此时特征是不平衡电压较大，其判据为：
U
> 20V
I max＞I e/4
（U max－U min）/U max > 30%
当电压恢复正常后，解除PT断线闭锁和告警。

2.1
3.FC回路大电流闭锁出口功能
FC回路中，当电流大于接触器额定开断电流，如果通过接触器跳闸，则可能烧毁接触器，此时应通过熔断器熔断来断开大电流。

其动作原理和判据为：
当电流大于接触器开断电流，闭锁跳闸出口和遥跳出口：
I max＞I fcbs
式中，I fcbs：F-C过流闭锁电流值（A）
2.14.熔断器保护
FC回路中，当电流大于熔断器熔丝熔断电流时，熔丝开始熔断，当熔丝完全熔断后，跳开接触器开关。

由于熔丝熔断电流是一曲线，无法准确确定其大小，拟采用速断电流定值。

注意：如果装置配备的为I/O板，须将开关位置通过开入4引入。

熔断器保护启动条件：
＞I sdg
I
开关在合位
熔断器保护跳闸条件：
I
<I e/8
t＞t fuse
开关在合位
式中，I sdg：速断动作电流高值（A）
t fuse：整定的熔断器保护动作时间（s）
2.15.通信
装置的智能通讯卡支持多种现场总线通信，用户可根据工程需要选择高速RS485、CAN 或工业以太网。

通信内容主要有：
●测量值（模拟量，开关量，脉冲量等）
●保护定值查询和修改
●装置状态、故障信息及录波数据等
●遥控
●远方复归
装置的通信功能请在定货时加以说明。

2.16.DCS测量接口
装置测量电动机的各种交流参数，并通过D/A向DCS系统送出1路4～20mA 的直流模拟量（测量电流值）。

2.17.辅助功能
2.17.1.当某一保护动作后，若故障未切除，则其它保护若满足条件会相继动作。

2.17.2.装置保护动作后，在未复归情况下，若再有故障保护仍能动作。

即保护能多次动作。

2.17.
3.装置能自动记录装置和电动机的各种运行信息，包括：
●64个保护SOE事件记录
●256个遥信变位SOE记录
●16个装置自诊断信息记录
●最近16次启动过程中的最大启动电流值、启动时间。

●电动机启动和停机次数统计
2.17.4.装置故障录波功能能自动记录最近一次故障的所有模拟量和开关量，包括：
●故障前2个周波、装置跳闸后4个周波和故障中数据，最长录波时间为10S
●电动机启动过程，最长录波时间为10S
3. 参数设定
3.1.脉冲电度整定
3.2.系统参数整定
3.3.保护定值整定
3.4.精度调整
3.4.1.测量精度系数调整
3.4.2.保护精度系数调整
4. 背板端子及接线原理图
如果开关柜不带操作回路，用户需选配操作板。

本装置操作板配置独立的操作回路和防跳回路，可适用于各种出口的电动机回路，并能自动适应跳合闸电流的大小。

●交流回路接线原理图
交流回路接线原理图见图3.3 WDZ-430EX电动机综合保护测控装置交流回路原理图。

●带操作回路的开入、开出接线原理和背板端子图
操作回路原理图见图2.4 WDZ-400EX系列综合保护测控装置操作回路原理图。

开入、开出接线原理图见图3.4 WDZ-430EX电动机综合保护测控装置开入、开出原理图（带操作板）。

背板端子图见图3.5 WDZ-430EX电动机综合保护测控装置背板端子图（带操作板）。

●无操作回路的开入、开出接线原理和背板端子图
开入、开出接线原理图见图3.6 WDZ-430EX电动机综合保护测控装置开入、开出原理图（带I/O板）。

背板端子图见图3.7 WDZ-430EX电动机综合保护测控装置背板端子图（带I/O板）。

4.1.背板信号指示灯
4.2.工作和操作电源
4.3.远方／当地电源
4.4.开入接点
4.5.信号输出接点
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.调试口
通过CPU板上的调试口，可以更新程序。

4.10. 以太网接口
10M工业以太网接口。

可选配双网。

图3.3 WDZ-430EX电动机综合保护测控装置交流回路原理图
图3.4 WDZ-430EX电动机综合保护测控装置开入、开出原理图（带操作板）
MWEX-559操作板MWEX-400MWEX-755
MWEX-300电源板模入板
CPU板图3.5 WDZ-430EX 电动机综合保护测控装置背板端子图（带操作板）
图3.6 WDZ-430EX电动机综合保护测控装置开入、开出原理图（带I/O板）
WDZ-430EX 电动机综合保护测控装置（V2.6） 技术说明书
图3.7 WDZ-430EX 电动机综合保护测控装置背板端子图（带I/O 板）
置故障信号
护动作信号
T 1-A
号一
号二
1（）
O M
T 1-B
A
B
4~20护联跳一
护联跳二
护跳闸
用
讯遥合
讯遥跳
共端
D C +
D C －
大地
WDZ-430EX电动机综合保护测控装置（V2.6）技术说明书。