关于井下高压防爆开关、磁力起动器短路保护电流速断整定的讨论

2012-12-04 11:54阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2285580354

煤矿电网的安全、稳定运行是煤矿企业安全生产的重要保障。要保障煤矿企业主设备安全可靠的运行，正确、合理的保护定值整定是必不可少的措施之一。但是目前国内煤炭系统内，继电保护整定管理水平总体上比较低，至今没有形成统一的，被煤矿系统内认可的整定计算规范，目前各单位还处于手动计算，各自为政的状态。
根据《煤矿井下供电的三大保护细则》“第9条电磁起动器中电子保护装置的过流整定值，按公式(7)选择：

当运行中电流超过IZ值时，即视为过载，电子保护装置延时动作；当运行中电流达到IZ值的8倍及以上时即视为短路，电子保护装置瞬时动作。”规定开关和电磁起动器的短路电流速断保护定值为电动机额定电流的八倍，电流达到电动机额定电流八倍时速断跳闸。这个规定看似有据可依，但实际并不合理。首先《煤矿井下供电的三大保护细则》

SPAN>Z值的8倍及以上时即视为短路”是指的电动机的正常运行电流不可能达到电动机额定电流的8倍，电动机运行电流超过额定电流即为过载，达到额定电流8倍以上说明发生了短路。而电动机的起动电流要远远大于正常运行电流，完全有可能大于电动机额定电流的8倍，甚至10倍；按8倍额定电流整定保护装置的速断（无延时）电流定值经常造成电动机起动过程速断跳闸，而且在多个煤矿的多台设备上都发生过电动机起动过程中速断跳闸，说明按8倍额定电流整定保护装置的速断（无延时）电流定值不太合理。
其次，《煤矿井下供电的三大保护细则》第6条、第8条都规定了电流速断定值应躲过电动机的起动电流；第7条、第10条也都规定以末端两相最小短路电流与速断电流整定值的比值大于1.2或1.5为灵敏度校验方式；这就说明速断保护要求在发生短路时可以可靠地跳闸就满足要求了，并不负有对设备过载的保护职责。煤矿井下电网（变压器、开关、线路）容量裕度很大，短路电流远远大于电动机额定电流的10倍；电网短时间流过电动机额定电流10倍以上的电流也不会造成电网及其设备的损坏，我们没有必要拘泥于8倍电动机额定电流速断定值而使电动机起动困难。

关于井下高压防爆开关、磁力起动器短路保护电流速断整定的讨论

第三，电动机的起动电流曲线如图所示。图中ISmax为电动机最大起动电流，是电动机建立稳定的电磁场后，转子将要开始转动和开始低速转动转子反向电动势还没有建立起来时电动机的电流，通常为电动机额定电流的4~8倍，大多数取电动机额定电流的6倍，延续时间一般为0.2~2s。随着转子转动，反向电动势建立，电动机起动电流迅速下降。图中Is为电动机起动瞬间冲击峰值电流，主要是为建立电动机旋转磁场的励磁涌流；这个峰值电流很大（一般为电动机额定电流的6~12倍），持续时间很短，一般1~2.5个周波，也就是20~50ms。如果电动机停机时间较长，铁芯剩磁较弱，起动瞬间冲击峰值电流一般都大于8倍的额定电流。
第四，一些灵敏度要求不高的保护装置为了增加保护装置的稳定性，防止误跳闸，往往屏蔽电动机起动瞬间冲击峰值电流；对于这种保护装置，以8倍电动机额定电流值整定保护装置的速断定值一般不引起速断跳闸，重载起动（或虽设备空载，但设备有问题电动机仍重载）时电动机最大起动电流ISmax超过8倍电动机额定电流才会速断跳闸。
开封测控保护装置具有防止短路越级跳闸闭锁功能，必须在电流超过速断定值的第一个周波发出跳闸指令，在电流超过速断定值的第一个周波的前半个周波发出闭锁信号；为了保持防越级跳闸的灵敏性，开封测控保护装置不能屏蔽电动机起动瞬间冲击峰值电流（起动电流的第1~2.5个周波）；以8倍电动机额定电流值整定保护装置的速断定值躲不开电动机起动瞬间冲击峰值电流，很容易引起速断跳闸。
最后，《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》、《煤矿安全生产规程》、《煤矿井下供电的三大保护细则》对电动机回路电流速断的整定原则都是以躲开电动机起动电流为基础对线路和电动机进行短路保护的，只要保证在出现短路时可靠跳闸就满足要求(一般要求电路末端两相短路最小电流与保护装置速断定值之比大于1.2)。虽然一般认为速断定值取得小一些可以更好地对线路和电动机进行保护（确保短路时能速断跳闸），但是速断定值小到电动机正常起动（或带一定负载起动）就速断跳闸就不合适了，应该根据实际情况进行修订。
按8倍电动机额定电流整定电动机控制开关的速断定值，电动机起动过程中开关速断跳闸，操作人员不可能、也无法清理、检查设备，通过设备维护使起动电流降到8倍电动机额定电流以下（因为一般设备除了个别状态极佳的设备）带载起动，哪怕是轻载起动，起动电流都可能超过8倍电动机额定电流），而是不断地重复送电，一次次冲击起动；多次送电，电动机剩磁增大，励磁涌流减小；多次冲击，设备起动静负载减小；最终起动电流减小，电动机起动运转。但重复送电，冲击起动使电动机寿命大大降低，甚至起动过程中就发生损坏。
由于井下电网容量裕度很大，短路电流远远大于10倍电动机额定电流，即便速断定值取10倍、12倍电动机额定电流，短路保护功能也不受影响。增大速断定值，躲过电动机起动电流，使电动机一次顺利起动，即方便了生产，又使电动机不至于因冲击起动而损坏，也不影响短路速断保护，何乐而不为呢？坚持按8倍电动机额定电流整定电动机控制开关的速断定值，电动机起动过程中开关速断跳闸，重复送电，冲击起动，即影响生产又容易烧毁电动机，意义何在呢？就是为了对《煤矿井下供电的三大保护细则》第九条的片面理解么？
下图就是开封测控技术有限公司保护装置在高爆保护装置现场录波的波形，很显然如果将速断设定为320A（无延时）的定值后，在电机启动的第一个周波是其启动电流已经超过额定电流的8倍，即320A一次电流，因此我们根据实际的设备运行情况提出一下两点建议：

关于井下高压防爆开关、磁力起动器短路保护电流速断整定的讨论

1. 建议根据开封测控新型智能保护装置具有较高灵敏度和稳定性的特点及煤矿使用的真实情况，修改保护装置速断定值整定的规定，彻底解决所辖各矿高压电动机正常起动过程中不应有的速断跳闸的问题。
2. 可以根据矿务局的实际情况，我们专门设计一款电动机保护装置，应用领域就是高爆开关直接控制高压电动机启动的位置，通过软件舍弃开关合闸瞬间的电流越限点，原来设定的定值参数继续有效。

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