浅谈反时限过电流保护在水泥厂应用方案

摘要：目前水泥厂中针对变压器、高压电机等主机设备的保护多采用三段式定时限过电流保护，定时限过电流保护具有整定计算简单、保护配合简单等优点。但为了保证保护的选择性，定时限过电流保护的动作时限通常逐级提高，这样容易造成离电源侧较近的短路故障保护动作时限较长，不利于故障的切除。

关键词：水泥厂;高压设备;微机保护测控装置;过电流保护

反时限过电流保护的特点是短路电流大，动作时间短，其优点是靠近电源侧短路时保护动作时限较定时限保护明显缩短。由于整定习惯的问题，反时限过电流保护在国内水泥厂的应用还不太普遍，但在大部分国外水泥厂得到了广泛应用。本文结合我院承担设计的约旦某水泥厂，从保护曲线选择、参数整定和保护配合等方面对水泥厂高压设备的反时限过电流保护进行介绍。

1 短路电流计算

短路电流计算是进行综保整定的前提。本文以该厂石灰石破碎车间配电室为例，其11kV配电系统见图1。

根据业主提供的当地电网出口处的短路参数以及电缆、变压器和电机等设备参数，短路电流计算结果见表1。

2 定时限过流保护整定

电源进线采用两段式过电流保护，即电流速断保护和定时限过电流保护，车间变压器和高压电机采用电流速断保护和反时限过电流保护。根据《工业与民用配电设计手册》第三版，电源进线的过电流保护动作电流按照躲过线路的过负荷电流整定，则保护装置 的一次动作电流。

式中：Krel—可靠系数，用于过电流保护时一般取1.2； Igh—线路过负荷电流，A；Kr—返回系数，微机保护一般取0.95；

动作时限取0.5S，灵敏系数：

式中：I2k2·min—小运行方式下线路末端两相短路短路电流，其值为小运行方式下三相短路电流的0.866倍，A；Iop—保护装置一次动作电流，A。

3  反时限过流保护整定

3.1反时限过流保护整定

目前国内外常用的反时限保护动作特性可分为3种，

按照IEC标准：

（1）标准反时限特性：

（2）非常反时限特性：

（3）反时限特性：

式中：I—故障电流，A；t—保护动作时间，S；Ip—保护动作电流整定值，A；tp—时间常数整定值，S。

不同的反时限保护特性适用于不同的应用场合。非 常反时限特性常用于被保护线路首末端短路故障电流变化较大的场合；反时限特性常用于反映过热状况的保护，如变压器、电动机等。因此对于石破配电室的变压器和电动机保护我们选用反时限保护特性，以下以破碎电动机为例进行整定计算。

3.2反时限保护定值计算    

反时限过流保护的动作电流按照定时限过流保护整 定原则来计算，根据《工业与民用配电设计手册》第三版，电动机的过电流保护动作电流按照躲过电动机的额 定电流整定，则保护装置的一次动作电流：

式中：Krel—可靠系数，用于过电流保护时一般取1.2；IrM为电动机额定电流，A；Kr为返回系数，微机保护一般取0.95。

反时*常数按照电动机在N倍过负荷电流情况下允许允许T秒这一原则来整定，一般情况下绕线电机2.5倍额定电流堵转时允许持续时间为2S，即：

3.3保护配合

电动机反时限过电流保护整定好后，还需要跟上一级电源进线的定时限过电流保护进行配合校验，保护曲线见图2。

首先求出反时限特性得出曲线上几个关键点的数值，当故障电流为336A时反时限保护动作时限 为0.75S，当反时限保护动作时限为0.5S时故障电流为401A。由图2可以看出，当电动机发生故障时，若故障 电流在115A和336A之间或者故障电流大于401A时，故 障由电动机反时限过流保护切除；若故障电流在336A 和401A之间时，由于电源进线过流保护时限短，故障 由进线定时限过流保护切除，这样就容易发生越级跳闸 的现象，失去了保护的选择性。

为了保证上下级过流保护之间配合的合理性，需要 将上级电源进线保护曲线右移或者上移，即增大上级进线保护动作电流或者动作时限。这里我们将电源进线定时限过流保护动作电流增大为401A，同时为了确保电 源进线和电动机保护动作之间延时的可靠性，将电源进 线过流动作时限增大为0.6S，灵敏系数：

优化后的保护曲线配合见图3。

4 安科瑞ARD系列产品选型介绍

4.1 ARD3 智能电动机保护器

ARD3 智能型电动机保护器适用于额定电压至 AC 690V、额定电流至 AC 800A、额定频率为 50/60Hz 的电动机。产品体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和 1/4 模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，提高了控制回路的可靠性和自动化水平。

ARD3 采用模块化的产品结构形式，包括主体控制模块、互感器模块和显示模块，并可根据需要选配 ARD3 的其他功能模块或附件，与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等   功能。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域。

4.2技术参数

注：1、附加功能可以同时选择多种，起动方式、额定电流只能选择一种，如有一台电动机电流为 45A，直接起动需要有通讯功能、剩余电流保护、温度保护功能，显示方式为分体液晶显示，订货型号为 ARD3—100T/LTC-90L。

2、剩余电流分为接地电流和漏电流，二者只能选其一。接地电流采用三相电流矢量和叠加而成；漏电流通过使用漏电互感器检测，在订货时注明漏电流信号量程，便于出厂设置，   漏电互感器标配。电流规格为 1A、5A 时，需选用孔径合适的漏电流互感器。

3、4～20mA 模拟量出厂默认为电动机 2 倍额定电流，即电动机 2 倍额定电流对应 20mA，

0 对应 4mA。用户可选择模拟量对应的电量参数：如 A 相电流，B 相电流，C 相电流，AB 线电压，BC 线电压，CA 线电压，有功功率等。DC4mA 对应所选变量的小值，DC20mA 对应所选变量的大值，订货时注明具体要求，否则按默认值设置。

4、过载保护选择是 tE 时间保护或反时限过载保护，默认是反时限过载保护，需要 tE保护时要在订货单中注明，否则按默认值设置。

5、电动机保护器应与其产品编号一致的电流互感器、零序电流互感器配套使用。

6、选择双通讯（2C）时，不能再选择温度保护功能，32、33 作为第二路通讯接口

5 结束语 

以约旦某水泥厂为例介绍了反时限过电流保护在水 泥厂高压设备保护中的应用，反时限过流保护较目前常 用的定时限过流保护能更好的反映被保护设备的过流过 载特性，为反时限过流保护在水泥厂中的应用提供了一定的参考。

参考文献
[1]张克平，*仁.浅谈反时限保护的适用范围及整定方案[Z].甘肃省电机工程学会2012年学术年会，甘肃，2012.
[2]李洪林、反时限过电流保护在水泥厂的应用[J] ,中国水泥，2014
[3]安科瑞电力监控与保护类产品选型手册,2020.01 
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册，2019.11.