SAI-984系列数字式电动机保护装置

一．装置简介

SAI-984系列数字式电动机保护装置，适用于3kV，6kV，10kV的小电流接地系统，作为大中型异步电动机内部故障、过负荷等的保护。

本保护装置由32位微处理器构成的保护及控制单元，该单元配置了大容量的RAM和Flash Memory，具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力。各种保护功能及自动化功能均由软件实现。

表1 本系列产品的型号及功能配置表

说明：SAI-984适用于以断路器或以熔断器－高压接触器（F-C回路）控制的中高压异步电动机，该装置的断路器操作回路为独立模件，可单独使用或不用。SAI-9841用于3-10KV电压等级中高压大型异步电动机保护测控装置。

二．SAI-984数字式电动机综合保护装置

1. 装置性能

1.1基本配置：

l 反映相间短路的三相式（或两相式）电流速断及过流保护

l 反映电动机不平衡、断相、反相及不对称故障的负序定时限或反时限过流保护

l 反映不接地或高阻接地系统接地故障的零序过流保护

l 反映电动机按发热模型的发热效应的过热保护（过热跳闸、过热告警、热积累记忆功能）

l 过压保护

l 欠压保护

l 四路可分别整定延时的非电量保护

l 掉电不丢失的动作记录及信号记忆功能

l 独立测量回路。

1.2.2 额定交流数据：

1.2 技术参数

1.2.1额定直流电压： 220V或110V（订货注明）

a) 交流电压

b) 交流电流  5A或1A（订货注明）

c) 额定频率  50Hz

1.2.3 功率消耗：

a) 直流回路        正常工作时，不大于8W

装置动作时，不大于12W

b) 交流电压回路 每相不大于0.5VA

c) 交流电流回路 额定电流为5A时：每相不大于1.0VA

额定电流为1A时：每相不大于0.5VA

1.2.4 状态量电平：

CPU及通信接口模件的输入状态量电平 220V（170 V～270V）

各CPU输出状态量（光耦输出） 允许电平 24V（18 V～30V）

驱动能力 150mA

1.3主要技术性能

1.3.1采样回路精确工作范围（3％误差）

电压：0.4 V～120V

电流：0.08In～20In

1.3.2接点容量

信号回路接点载流容量   400VA

信号回路接点断弧容量 60VA

1.3.3跳合闸电流

断路器跳闸电流 0.5A～4A

断路器合闸电流 0.5A～4A

1.3.4各类元件精度

电流元件：               < 3%

电压元件：               < 3%

时间元件：                   < 50ms（反时限时间元件不大于5%）

1.3.5整组动作时间(包括继电器固有时间)

速动段的固有动作时间：1.2倍整定值时测量，不大于50ms

1.3.6模拟量测量回路精度

装设专用测量子模件的测控装置：

电流、电压：0.2级

功率、电度：0.5级

2．模拟量输入

外部电流及电压经隔离互感器隔离变换后输入，经低通滤波器输入至模数变换器，CPU采样后对数字进行处理，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。

IA、IB 、IC为保护用模拟量输入；IAM、IBM 、ICM为测量用专用测量CT输入。Io零序电流输入用作零序过电流保护（报警或跳闸），零序电流的接入用专用零序电流互感器接入，若无专用零序电流互感器，在保证零序电流能满足小接地系统保护选择性要求前提下用三相电流之和即CT的中性线电流。UA、UB、UC输入在本装置中既作为低电压保护用电压输入，同时也与IAC、ICC一起计算形成本线路的P、Q、COSф、Kwh、Kvarh

3．保护原理

由于采用了32位微处理器后运算性能极大提高，所有元件均实时计算出，大大提高保护装置的整体可靠性。

3.1 保护原理

装置测量电动机起动时间T_start的方法：当电动机的最da相电流从零突变到10%I_e时开始计时，直到起动电流过峰值后下降到120%I_e（I_e为电动机额定电流，以下同）时为止，之间的历时称为电动机起动时间。同时，定值中还需输入电动机起动时间定值T_start0，它表示电动机从起动到转速达到额定转速的时间，可整定为电动机最长起动时间的1.2倍。

对于装置所测电动机起动时间T_start与起动时间定值T_start0，装置则以其中较短者作为电动机实际起动过程的时间。所以电动机每次起动，装置感受到的起动过程所经历的时间都可能不同。

异步电动机起动电流特性

3.2速断保护

速断保护通过判断电流的大小来实现的，其整定范围为(4～12)I_e。这样即可以有效地躲过电动机的巨大启动电流，又可以保证电动机正常起动后提供防备严重的过负荷造成的堵转保护。 速断保护定值在电机起动结束后自动减半。

动作时间T_sd可整定，对于用断路器控制的电动机整定时间一般较短，而用接触器控制的电动机整定时间一般较长，可选择整定为0.3秒。

3.3 过流保护

过流保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。当电流大于整定电流且达到整定时间后，过流保护出口。

本保护可兼作电机堵转造成起动时间过长的保护，当电机起动时间超过装置整定的起动时间后，软件将电机起动标志清零，从而自动将过流保护投入，将堵转电机开关跳开。

3.4 负序过电流保护

当电动机三相电流有较大不对称，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。

装置设置两段定时限负序过电流保护，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工况提供保护，负序电流的计算方法如下:

I₂ =(I_A -I_B +I_B e-j60° -I_Ce-j60° )/3

对于只装A、C两相电流互感器(整定控制字设置为二相方式)，则

I₂ =(I_C+I_A e-j60° )/

3.5 定时限过负荷保护

反映定子电流大小，装置对过负荷保护提供了一段过负荷跳闸段和一段过负荷报警段，两段公用一段时限。过负荷保护在电动机起动完毕后投入。

3.6 启动时间过长保护

对启动或自启动过程中堵转提供保护。电动机在整定的正常启动时间后电流仍然大于2倍的额定负荷，认为电机发生了堵转，立即跳闸。

3.7 过流反时限

装置采用国际电工委员会标准（IEC-255-4）和英国标准规范，具备三种标准反时限特性，电动机保护一般采用其标准方程中极端反时限曲线：

一般反时限曲线：

0．14

T =  ---------------------------- T p

（I / Ip ）^0。02 --  1

特殊反时限曲线：

13．5

T =  ---------------------------- T p

（I / Ip ） --  1

极端反时限曲线：

80

T =  ---------------------------- T p

（I / Ip ）² --  1

式中： T — 反时限保护动作时间

I  — 采样电流

Ip — 基准电流

Tp — 时间常数

反时限保护在启动结束后投入。

3.8接地保护

电动机接地电流取决于供电系统接地方式。在不接地或高阻接地系统中，故障电流仅是几安培，在中阻接地系统中为数百安培。在大多数情况下，为了检测低的接地电流，常常需要零序电流互感器来取得零序电流。零序电流互感器的线性范围为（20mA～8.00A）。

3.9 欠压保护

当电压消失和降低时，电动机的转速下降。电压恢复时，在电动机绕组内开始流过比额定电流大好几倍的自起动电流，这样大的自起动电流将使电网电压降加大，使电压恢复的过程延长，增加了电动机达到正常转速的困难，严重时甚至不能自起动。为了保证重要电动机的自起动，当电源短时消失或降低时，必须切除一部分不重要的电动机，使电网的电压降减小。根据生产过程和技术保安等的要求，不允许自起动的这部分电动机要经欠压保护切除。动作条件如下：

1）机端三相电压均由母线有压往下降，且低于定值欠压整定值_；

2）断路器或接触器处于合闸位置；

3）欠压保护压板投入；

4）最da电流均小于有流整定值；（可投退）

5）欠压保护时间定值延时到。

3.10 过热保护原理

综合考虑了电动机正序、负序电流所产生的热效应，为电动机各种过负荷引起的过热提供保护，也作为电动机短路、起动时间过长、堵转等的后备。

等效发热电流：

Ieq² =  K₁I₁² + K₂I₂²

式中： Ieq  — 运行的等效电流

I₁ — 电流正序分量

I₂ — 电流负序分量

K₁ — 整定的启动时间内0.5，启动后1.0

K₂ 模拟负序电流的增强发热效应，对于大多数电机，K₂=6是合适的，故装置出厂时内部设定为6。

保护动作方程：

τ

t =  ----------------------------

（Ieq / Ie ）² -- 1.05²

式中：t — 电机运行时间

Ie  — 额定电流

τ — 电动机热积累定值，即发热时间常数，此常数应由电机厂提供。

当热积累值达到70%的热积累定值时，发过热报警信号并保持，低于70%，自行复归。

当热积累值达到100%的热积累定值时，跳闸出口。

当电动机停转时，散热效果变差，为了补偿这种情况，获得精确的发热模型，散热速度自动降为正常散热速度的1/3。

电动机因过热保护动作于跳闸后，不能立即再次启动，要等到电动机散热到允许启动的温度时方能再次启动，在低于该温度前，过热跳闸接点保持闭合。需要紧急启动的情况下，通过持续按下（超过5S）装置面板上的复归键，强制将发热模型恢复至“冷态”，方可再次启动。

3.11 非电量保护

本装置可设置5路跳闸/报警可设置的非电量信号。每一路动作时间都可独立设置。当不使用时，可将其对应开入设置为常规开入信号。5路非电量定义为: 失磁、压力高报警、高温报警、压力超高跳闸、超高温跳闸。

3.12 PT断线检测

在下面两个条件之一得到满足的时候，装置报发“PT断线”信息并点亮告警灯：

正序电压小于30伏，而任一相电流大于0.1A；

负序电压大于8伏；

装置在检测到PT断线9秒后发出“PT断线”信号。PT断线检测功能可以通过控制字投退。

4．与变电站自动化系统配合

本系列装置可用于自动化变电站也可用于非自动化变电站。

装置自动检测遥控电源作为远方就地条件，有遥控电源时允许远控，否则禁止遥控命令对断路器进行操作。

本装置提供的标准通信接口为以太网接口和串行RS485通信接口。装置集成了IEC 60870-5-103标准通信规约，为高度开放的终端系统。同时，通过本公司提供的SAI828TX系列网络通信服务器，可方便地与各种不同系统接驳。