高压电动机微机综合保护装置的原理与定值

高压电机微机综合保护装置的原理与定值
WGB系列微机综合保护测控装置中的WGB-151N、WGB-152N和WGB-153N型电动机保护器，则主要应用于10kV及以下各电压等级的电动机保护，可以直接安装在高压开关柜上。

本文以此产品为例，介绍综合保护装置的的主要保护原理、应用及维护方法。

一、装置功能简介
1.保护功能配置
WGB-150N系列电动机微机综合保护装置共分三种型号：WGB-151N、WGB-152N 和WGB-153N。

各型号保护器的保护功能配置见表1。

表1 各型号保护器的保护功能配置表
注：表中标注符号“√”，表示具有该项功能
2.主要特点
装置采用工业级RS-422、RS-485或LonWorks总线网络，组网经济、方便，可直接与微机监控或保护管理机联网通信。

装置采集并向远方发送状态量、模拟量，遥信变位优先发送。

装置能通过通信上传故障报告，进行对时、定值调用和修改、定值区切换、合闸、跳闸等操作。

装置包含完善的操作回路。

二、电机保护的功能原理
1.电动机起动过长保护
本保护能自动识别电动机起动过程，当整定的起动时间到达后，电动机的任一相电流仍大于额定电流的105%时，起动过长保护动作。

动作方式有告警和跳闸两种选择。

2.两段式定时限过流保护
装置设有两段式定时限过流保护，由压板选择投退。

I段为电流速断保护，用于电动机短路保护。

电动机起动过程中，保护速断定值自动升为2倍的速断整定电流值，以躲过电动机的起动电流；当电动机起动结束后，保护速断定值恢复原整定电流值，这样可有效防止起动过程中因起动电流过大而引起误动，同时还能保证运行中保护有较高的灵敏度。

II段为过流保护，为电动机的堵转提供保护。

II段保护在电动机起动过程中自动退出。

其保护原理如图1所示。

图中横线以下的图形符号在本图或以后各图中会经常使用，这里给出了其名称，供读图参考。

其中的连接片（压板）是一个可方便投入或退出保护的接插件，用于硬件方式的保护投退，图1左上角的“保护投退”是软件方式的投退。

本文以下各图中的保护均可实现硬件和软件投退。

3.负序电流保护
当电动机三相电流有明显不对称时，会出现较大的负序电流，而负序电流将在转子中产生2倍工频的电流，使转子附加发热大大增加，危及电动机的安全运行。

装置设置负序电流保护，分别对电动机反相、断相、匝间短路以及较严重的电压不对称等异常运行情况提供保护。

负序电流保护原理如图2所示。

4.零序电流保护
装置设有零序电流保护功能,可选择动作于跳闸或告警。

其保护原理如图3所示。

5.过负荷保护
装置设有过负荷保护功能。

过负荷保护可选择动作于跳闸或告警。

其保护原理如图4所示。

6.过热保护
过热保护主要为了防止电动机过热，考虑了电动机正序电流和负序电流产生的综合热效应、热积累过程和散热过程。

过热预告警：过热预告警由控制字进行投退，当热积累值达到热跳闸值的75%时发过热告警信号。

过热保护跳闸后，不能立即再次起动，等散热结束后方可再次起动。

在需要紧急起动的情况下，可按住装置面板上的“”键2秒钟进行热强制复归。

7.低电压保护
当电源电压短时降低或短时中断时，为保证重要电动机自启动，要断开次要电动机，这就需要配置低电压保护。

低电压保护原理如图5所示。

电压互感器二次额定电压为100V，图5中将线电压U
≤10V作为判定“电压短时降低或中断”
ab
的条件。

图中的“HWJ”是合闸位置继电器，使用该继电器常开接点的意义是，只有电动机在合闸位置时才可能起动低电压保护。

8.过电压保护
过电压保护原理如图6所示。

图中的“HWJ”是合闸位置继电器。

使用该继电器常开接点的意义在于，只有电动机在合闸位置时才可能起动过电压保护。

9.差动速断保护(WGB-152N)
差动速断保护功能，在电动机内部严重故障时快速动作。

任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。

在电动机起动过程中, 保护动作延时120ms，以躲过电动机起动过程中瞬时暂态峰值电流，提高保护可靠性；起动结束后，保护无延时。

10.比率差动保护(WGB-152N)
比率差动保护是电动机内部故障的主保护，能保证外部短路不动作，内部故障时有较高的灵敏度。

比率差动保护在电动机起动过程中,延时120ms保护，以躲过电动机起动过程中瞬时暂态峰值电流，提高保护可靠性；起动结束后，保护动作无延时。

11.电流互感器（CT）断线检测(WGB-152N)
在任一相差动电流大于0.1I N时启动CT断线判别程序，满足下列条件时认为CT断线。

CT断线后发告警信号。

a.本侧两相电流中一相无流；
b.对侧本相电流与起动前相等。

12.控制回路异常告警
装置采集断路器的跳位和合位，当控制电源正常、断路器位置辅助接点正常时，必有一个跳位或合位，否则，经2S延时报控制回路异常告警信号。

控制回路异常告警原理如图7所示。

13.电压互感器（PT）断线告警
装置检测到PT断线延时发出告警信号，在母线电压恢复正常（PT二次额定电压为100V，这里的“母线电压恢复正常”是指线电压均大于80V）后，保护返回。

其原理如图8所示。

14.跳位异常告警
装置检测到跳位有开入（关于开入或开入量的定义，下文将有介绍）且有流时，经延时报跳位异常告警信号，告警继电器动作。

15.装置故障告警
保护装置的硬件发生故障，装置的LCD可以显示故障信息，并驱动装置异常继电器发告警信号，同时闭锁保护。

16.遥信、遥控及遥测功能
遥信、遥控及遥测可以实现下列功能：
a.遥信：各种保护动作信号及断路器位置等开入量信号。

b.遥控：远方控制跳合闸、调（修改）定值等。

c.遥测：电流、电压、频率、有功功率、无功功率。

17.通信功能
可直接与微机监控或保护管理机通信，通信接口可选用RS-422、RS-485或LonWorks。

通信规约可选用Q/XJ11.050-2001许继通信规约、IEC60870-5-103国际标准通信规约或MODBUS通信规约。

三、定值、动作信息
1.定值范围及说明
所谓“定值”，即由使用人员设置的装置可执行的运行参数。

该保护装置可存贮10套定值，对应的定值区号为0～9。

装置运行时可选择使用任意一套定值。

对于上述各种保护功能，无须使用的应设为“退出”，使用的设为“投入”，这些保护功能的投退都可在定值清单中设置。

相关的电流、电压及时限等定值均应在定值清单中进行整定。

定值设置的方法因为篇幅过大，此处从略。

具体操作可参阅产品说明书。

WGB-150N系列定值清单见表2。

保护装置运行中发生动作或告警时，将动作信息显示于LCD，同时上传到保护管理机或当地监控。

保护动作后，如有多项信息需要显示，则这些信息交替显示。

保护动作后如不复归，信息将不停止显示，复归方式为按住装置面板上的“”键2秒钟。

另外，动作信息自动存入事件存贮区，事件存贮区记录最后发生的20次事件，且掉电不丢失。

四、装置接线
1.装置的接线图
该装置在高压电动机起动柜中与断路器的配合参考接线见9。

装置的接线端子安排在机壳背部，具体排列见图10。

2.装置工作电源
端子28、30为装置电源输入端，电源为直流时，28接正极性端，30接负极性端，为交流时不分极性；端子29为装置屏蔽接地端子。

3.保护或测量的交流电流及电压输入
交流电流输入：WGB-151N: 端子1、2、3、4分别为A相、C相保护电流输入；端子5、6、7、8分别为A相、C相测量电流输入；端子9、10为零序电流输入。

WGB-152N:端子1、2、3、4分别为机端A相、C相电流输入；端子5、6、7、8分别为中性点侧A相、C相电流输入；端子9、10为零序电流输入。

WGB-153N：端子1、2、3、4、5、6分别为A相、B相、C相保护电流输入；端子7、8为零序电流输入。

交流电压输入：端子23、24、25、26分别为Ua、Ub、Uc、Un相电压输入。

4.开入量及开入电源
微机保护装置里的开入量和开出量是技术术语，指的是继电器接点的闭合或断开状态，它是不带电源的空接点。

具体来说，输入到微机保护装置里的开关状态就是开入量，而微机保护装置中CPU控制单元发出指令时，继电器接点的闭合或断开状态输出到外部设备上的就是开出量。

微机保护装置接收外部接点开关状态的端子称作开入端子，开入端子通过接收外部接点开关状态，控制内部电路是否构成通路，有信号时通路形成，继电保护装置就采集到这些开入信号。

本装置自产的+24V电源电压从图10中的11号端子接出，是装置的开入电源。

装置共8路开入，具体说明如下：
13（号端子）为闭锁遥控投切开入端子；14为远方/就地（接入时为就地）开入端子；16为弹簧未储能开入端子； 18为起动结束开入端子（调试用）；15、17为备用开入端子（用户可自己定义）。

另外装置还有两路内部开入，即45跳位监视、46合位监视，可参见图9。

开入连接时须接装置自产的+24V电压。

例如需要接入弹簧未储能开入信号时，将弹簧未储能的常闭接点，一端接11号端子即+24V电源，另一端接16号开入端子。

5.信号及控制回路端子
端子31、32为保护告警出口空触点；33、34为装置异常告警出口空触点（该触点为一副动断触点，失电时作电源消失告警用）；35、36为跳闸信号继电器出
口空触点；37、38为合闸信号继电器出口空触点；40端子接断路器合闸线圈；42接断路器跳闸线圈。

41为手动合闸端子，48为装置合闸压板端子，端子41、48间接一连接片作合闸硬压板，参见图9。

43为手动跳闸端子，47为装置跳闸压板端子，端子43、47间接一连接片作跳闸硬压板，参见图9。

39、44为+KM、-KM，该操作电源可交直流两用。

接直流时注意区分正、负极。

6.通信端子
RS-422：端子19、20、21、22分别为TXD+、RXD+、TXD-、RXD-；
RS-485：端子19、20短接，作为data+；21、22短接，作为data-；
LonWorks：19为A ,20为B , 21、22不接线。

五、调试及异常处理说明
1. 检查程序校验码
在“检查”菜单下的“程序”子菜单中，可查看程序的校验码。

如果程序的校验码正确，即可认为程序正确，装置的各种功能和逻辑正确。

程序校验码在产品出厂时由厂家向用户提供。

2. 开关量输入检查
在“检查”菜单下，对开关量进行检查。

将开关量输入端子13、14、15、16、17、18接入+24V端子，对应的开入量显示为on，否则应显示为off。

正常情况下，45、46开入一个为on，一个为off，否则报“控制回路异常”告警信号，此时应检查45（跳位监视）、46（合位监视）端子是否按图9接线。

3. 继电器回路检查
在“主菜单”下，选择“传动”菜单下的传动项。

传动结果参看表3。

表3 开出传动
在装置的交流电流、电压输入端加入标准的额定值，在“检查”菜单下，查看“模拟量”，显示值误差分别是：保护电流不超过±5%，电压不超过±5%；测量电流不超过±0.5%。

如果某一路误差过大，应该在“刻度”菜单下对该路进行校准。

5.整组试验
如果上述检查全部正确，装置已没有问题。

之后检查装置的动作情况，确认所使用的保护功能全部正确。

6.告警及异常维护处理
当显示屏上显示有表4所示的告警或异常内容时，可按该表中提示的方法进行处理。

江西九江。