十二REM543保护装置在同步电机上的应用教材文档格式.docx
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(1)REM543前端视图说明
REM543电机保护控制装置不但有常规的过负荷、电流速断及接地保护,不平衡、超时起动、纵差保护等多种保护功能,而且还具有与自动化系统联网的各种接口(前端的RS232和后端的RS485接口)。
实现了全数字化处理,具有智能化故障诊断功能,能够覆盖电动机所有故障。
REM543保护装置采用数字技术完成电动机所需的各项保护、控制、监视和记录功能。
REM543前端视图如1-1:
图1-1
(2)REM543内部结构简要说明
REM543综保装置安装在电源柜,采用220V直流工作电源,PT母线提供100V交流电压,CT采集电流模拟量,用于实现计量、显示、保护功能;
本综保有15个模拟量输入,15个开关量通道,功率输出有5个双极输出端,模拟量输出4个通道在MMI界面输入密码,可以对功能控制块进行设置。
控制信号和状态信息通过串行总线传送。
CAP505继电器配置软件工具REM543内部结构原理图如图1-2:
图1-2
2.各同步机控制柜相关开关量对应关系如下:
COCB1:
电源柜开关位置显示
COIND1:
电源柜手车位置显示
COIND3:
电源柜地刀位置显示
COIND4:
短接柜开关位置显示
COIND5:
短接柜手车位置显示
COIND7:
中性点柜开关位置显示
COIND8:
中性点柜手车位置显示
二、同步机相关控制设备及工作原理
1.一次设备组成
电源柜HA5、短接柜HA3、星点柜HA2、自耦变压器、励磁柜;
电源柜CT、电机侧CT、星点柜CT;
测控设备REM543。
电源柜CT、星点柜CT、电机星点侧CT分别采集三组电流数据进入综保,用于计量、显示、和保护。
其中自耦变压器,同步机均为星型接线。
一次系统如图2-1:
图2-1
2.一次设备基本参数
电源柜、短接柜、星点柜断路器容量均为1600A,同步机参数为:
10KV,16900KW,1500prm/min,PF0.97;
CT型号,C1/0.5;
C2/5P20;
自耦变压器参数如表-1:
设备代号
型号容量
一次电压(V)
一次电流(A)
接线方式
5ATT01
QOSG-50000/
10/50000KVA
10000
2887/2540/2194
Y,aO
额定起动时间
冷却方式
二次电压(V)
二次电流(A)
额定频率
55S
AN
8500/8000/7500
3396/3175/2825
50HZ
表-1
3.同步机启动过程
同步机启动原理:
同步机启动时断路器动作有一定逻辑关系,电流流向复杂,具体说明如下:
为了降低电机启动时对电网的冲击,本机组采用自耦变压器降压启动,全压运行,启动时间53秒。
启动时DCS发启动指令,HA2星点柜断路器首先合闸,自耦变三相绕组尾端通过星点柜短接,使绕组封星点。
1S后,电源柜断路器合闸,10KV电源加到自耦变的绕组首端,自耦变压器开始工作,进行自耦降压。
由抽头输出7.5KV电压,输送到同步机,使同步机降压启动。
45S投入励磁,51S星点柜断路器分闸,电流由自耦变首端经串联绕组,再由抽头输送给电机,此时相当于串电抗器启动。
2S后HA3短接柜断路器合闸,自耦变串联绕组被短接,电流绕过自耦变压器直接输送给电机,10KV全压加到电机绕组,完成启动过程。
4.保护的投入
同步机由启动到运行,REM543综合保护器保护功能投入,其中DIFF6G(差动保护)保护对电源柜到电机尾端之间的电器起到监测保护功能,其保护范围电源柜出线端,自耦变,同步机,和它们之间的电缆。
一旦出现超过100mA的差动电流,保护马上启动0S跳闸。
三、REM543差动保护在同步机上的应用
钢迁钢公司制氧厂,目前安装了5套空压机机组。
前3套空压机电机在安装、调试差动保护时出了很多问题。
由于安装图纸CT标识不清,同时对综保内设置模式不清楚及对自耦变电流向量关系的误解,导致调试摸索进行。
造成反复改线,反复倒线,修改设置,试车多次失败。
延误了投产时间,该问题成为当时棘手问题。
为彻底解决这个问题,本人通过对REM543综保原理的研究和自耦变工作原理,差动保护理论分析,并结合实践,总结出相量解析法用于差动保护调试,取得了良好的效果。
1对自耦变压器电流向量关系的误区
调试人员对空压机自耦变压器电流相量关系有误区,以自耦变单相绕组进行电流相量分析。
如图3-3所示:
调试方认为串联绕组电流向下,公共绕组电流向下,抽头绕组电流由节点流出。
图3-3
基于该观点,由基尔霍夫第一定律得出电流相量关系为I1=I2+I3,与单相绕组一次电流对应的CT二次电流标注如图3-4:
图3-4
2.对上述观点的纠正
通过对自耦变压器工作原理的分析,以自耦变和电机单相绕组进行分析。
串联绕组,公共绕组和低压抽头连接处存在节点如图3-5所示。
自耦变电流相量为串联绕组电流I1流向节点,公共绕组电流I2流入节点,抽头处电流I3流出节点提供给负载。
图3-5
由基尔霍夫第一定律得,单相绕组电流相量解析式为I1+I2=I3……[1]此时,与一次电流对应的CT二次电流方向如图3-6:
所示
图3-6
3.对公式的推论
三组CT在电路中的布置及极性关系,电源侧CT1的S1端、星点柜侧CT2的S1端、电机侧CT3的S1端为同极性端;
其余CT的S2端为同极性端。
一次电流I1、I2、I3对应的二次电流为i1、i2、i3。
一次电流相量解析式推论如下:
I1+(I2-I3)=0……[2]
I1-(-I2+I3)=0……[3]
对应二次电流相量解析式为:
i1+(i2-i3)=0……[4]i1-(-i2+i3)=0……[5]
相量关系式[4][5]可以通过综保来实现。
在主电路无故障情况下,公式[4][5]是成立的,一旦被保护电路内部出现故障,即出现了差动电流,公式[2][3]不再成立,对应的相量解析式[4][5]也不再成立。
差动电流被综保计算出来,超过整定值,立即启动保护出口,跳开断路器。
我厂同步机差动保护利用三组CT与综保的配合来实现的,该保护是电机的主保护。
四、本机差动保护原理分析
1.同步机从启动到稳定运行一次系统电流向量分析
(1)开始启动第一步,星点柜断路器合闸,电源柜断路器合闸,此时电流流向:
电源柜出线电流即为自耦变高压进线电流I1,自耦变星点侧电流I2,电机电流即为自耦变抽头电流I3,向量关系为I1+I2=I3
(2)启动第二步,电源柜断路器合闸,星点柜断路器分闸状态(持续时间为2S),相当于串电抗器启动。
此时,因为星点柜断路器分闸,自耦变尾端开路,不再构成中性点。
此时电流分布为:
电源柜出线电流即为自耦变进线电流I1,星点柜电流I2=0,电机电流为自耦变抽头电流I3由I1+I2=I3,I1=I3。
(3)第三步,电源柜断路器合闸,短接柜断路器合闸状态
电源柜断路器合闸,短接柜断路器合闸,此时电机启动完毕,自耦变进线端和抽头被短接。
自耦变进线端、抽头及星点柜侧电流均为0。
此时电源柜出线电流与同步机星点侧电流相等I1=I3。
2.REM543差动保护设置分析
各采集点CT二次电流向量关系及分析要电:
(1)根据CT安装的位置,明确二次端的极性。
(2)二次端子极性受一次电流的影响;
明确三个CT二次电流的相量关系。
(3)分析综保内部功能设置,通过分析REM543内部功能设置,针对差动保护有两种工作模式:
其一,TYPEⅠ对输入的两个电流向量求和,计算结果为零。
其二,TYPEⅡ对输入的两个电流相量求差,计算结果为零。
通过分析可知,对于TYPEⅠ模式,要求进入综保的两个电流相量是反极性的,对于TYPEⅡ模式,要求进入综保的两个电流相量是同极性的。
所以,接入综保的电流向量必须满足综保设置的要求。
3.利用相量分析发实现REM543差动保护的接线实例
本综保有6个电流模拟量输入端口,对于本机存在的3组CT共9个电流模拟量组成的差动保护产生了冲突,故需要一个解决方案。
可采用一组电流相量直接接入综保,另两组电流相量在综保外先求和或求差,其结果再接入综保。
(1)与综保内TYPEI设置对应接线:
根据该推论由公式I1+(I2-I3)=0……[2]
及对应二次相量关系式i1+(i2-i3)=0……[4]
实际接线时,应保证电流i1直接进入综保,i2与i3反极性求和,实现相量求差i2-i3,再进入综保,最后在综保内实现相量求和i1+(i2-i3)=0。
将综保差动保护模式设定为TYPEI,相对应的接线如下:
电源侧CT1的S1端直接进入综保;
星点柜侧CT2的S1端与电机侧CT3的S2端相接,再进入综保;
电源侧CT1的S2端,星点柜侧CT2的S2端,电机侧CT3的S1端短接再接地。
接线原理图4-1及实际接线如图4-2:
图4-2
(2)与综保内TYPEⅡ设置对应接线:
根据推论公式I1-(-I2+I3)=0……[3]
i1-(-i2+i3)=0……[5]
i1直接进入综保,i2和i3反极性求和实现-i2+i3再进入综保。
实现i1-(-i2+i3)=0。
电源侧CT1三相绕组的S1端直接进入综保,星点柜侧CT2的S2端与电机侧CT3的S1端连接再接入综保。
电源侧CT1的S2端,星点柜侧CT2的S1端,电机侧CT3的S2端短接再接地。
接线原理如图4-3
图4-4
5.本厂同步机差动保护(Diff6G)定值
保护模型如下图
图3-7
参数说明:
起动值pick-up=0.1In
斜率startratio=35%
拐点1turn-point1=0.2
拐点2turn-point2=2.0
保护类型:
自锁
6.综保差动保护参数设定菜单
本综保不足之处,是显示界面。
文本均为英文缩写,为调试及故障分析增加了难度。
(1)模块的快速设置
在MMI界面输入密码,按ENTER键,可以对功能控制块进行设置。
<
1>
与综保内TYPEI设置
MANMENU
Status
Protection→diff6g→actualsetting
Controlmotstartsetinggroup1→basicsetting=10%
Cond.monitnef1lowsetinggroup2settingratio=35%
Measurementnoc3lowcontrolsettingturnpoint1=0.2*In
Communicationnoc3highinputdata1turnpoint2=2.0In
Generalfuncnoc3instinputdata2instsetting=10*In
Testsnpslowoutputdata
Informationuv3highrecordeddata1a
Configurationuv3lowrecordeddata1b
recordeddata2a
recordeddata2b
recordeddata3a
recordeddata3b
Controlsetting→diff6g=Inuse
Groupselection=group1
Activegroup=group1
Tripsiglal=latching
Trippulse=40ms
Cbfptimes=0100ms
CTconnection=typeⅠ
Testtrip=donotactive
Testcbfp=donotactive
2>
与综保内TYPEⅡ设置
CTconnection=typeⅡ
Testtrip=donotactive
(2)功能调试
a、二次导线加入试验电流,进入菜单inputdata查电流极性,进入综保菜单,查inputdata显如下所示:
Inputdata1
CurrentIl1=****IncurrentIl2=****IncurrentIl3=****In
CurrentIl1b=****IncurrentIl2b=****IncurrentIl3b=****In
CurrentId1=***IncurrentId2=***IncurrentId3=***In
CurrentIb1=****IncurrentIb2=****IncurrentIb3=****In
Inputdata2
AngleIl1-Il2=***angleIl2-Il3=***angleIl3-Il1=***
AngleIl1b-Il2b=**angleIl2b-Il3b=***angleIl3b-Il1b=***
AngleIl1-Il1b=***angleIl1-Il2b=***angleIl3-Il3b=***
inputbs1=notactive
观察Id是否为零,否则,说明电路接线极性有问题。
因该方法在电源柜处进行,仅保证接入综保的电流极性是否满足综保的功能设置,不能保证电机侧CT与星点柜CT接线的正确。
(3)带电调试
采用380V交流电源代替10KV电源模拟开机程序,观察综保内Inputdata只有Il1=Ib1、Il2=Ib2、Il3=Ib3;
Id1=0、Id2=0、Id3=0才能说明综保设定和接线基本正确。
调试过程中,如果出现保护动作跳着,可以进入菜单,查看如下记录:
recorddata1
date=***-***-***
Time1
Recordeddata1
该记录项目同
(2)所示,模式II调试同上通过记录数据分析原因,采取相应的措施。
(4)倒相注意问题
试车时,如果发现电机运转反向,应停机倒相,一般在短接柜下火,或电机接线端。
因为此时相序发生了变化。
应保证CT二次接线与一次线相对应,故被倒相的相线所接CT二次必须相应的换相,以保证差动保护不会误动作。
(5)应用效果
自从应用相量分析法进行电机差动保护分析,3#、4#、5#机组调试时间得到大量节省。
原本将近半个月调试时间被压缩到三天,效率大大提高。
为早日投料生产创造了条件,取得了良好经济效益和社会效益。
五、REM543综保电机差动保护调试应用小结
同步机保护中,对于以电流为启动量的保护方案,差动保护的设定调整必须先行调试。
这是其它电流保护(过流、速断)的基础。
调试注意事项:
a、一个电气设备差动保护的投入首先明确该设备工作原理。
b、明确差动保护范围,CT安装的位置,应保证CT选型一致。
c、对整套设备整个工作过程进行电流向量分析。
d、掌握每个电流采集点CT二次端子电流极性。
e、掌握综保内部设置模式,端子极性。
f、CT二次接线连线形式满足综保设置要求。
g、如有电缆倒相,相对应的CT二次线必须倒相。
六、结束语:
差动保护在大型电气设备上应用广泛,本文就相量分析法在ABB公司REM543综合保护器电机差动保护上的应用进行了介绍,实践证明:
只要在调试前搞清一次系统电流向量关系,弄清CT极性以及综保端子极性要求和内部设置模式、计算方法,差动保护是不难调试的。
设置好差动保护,是确保整套设备联调成功的基础。
差动保护在现代工业设备诸如高炉风机、电厂发电机、变电站主变压器上都有应用,在安装调试中可能会遇到本文所述类似问题。
希望能通过本文的介绍对从事电气工作的同仁起到一定借鉴作用。
由于本人水平所限,文中难免有误,衷心接受专家批评和指正。
参考文献
1.《REM543电动机保护,监视与控制技术参考手册》,ABB公司2003年3月.
2.《电力系统继电保护原理》天津大学贺家李宋从矩合编中国电力出版社1994年1月第三版.
3.《电机学》李发海朱东起编著科学出版社2001年1月第三版.
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- 十二 REM543 保护装置 同步电机 应用 教材