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石化企业大型机组电动机综合保护
前言
采用大型异步电动机(2MW及以上)拖动的机组是石化企业的重要用电设备,如何利用微机综合保护控制装置(以下简称保护装置),在即能确保生产操作平稳又可完成维护设备安全的基础上,对大型机组的电气及机械部分进行全面地保护是石化企业电气人员必须认真解决的问题。
随着智能电子装置(IED)在供配电系统继电保护的应用,其快速的计算性、良好的存储及强大的网络功能,为大型异步电动机的综合保护提供许多常规继电保护无法完成的技术和功能。目前,我国石化企业的电气技术人员对国内外各种综合保护装置的新功能未能充分领会,对大型机组异步电动机综合保护应用方面非常谨慎,过分依赖综合保护装置销售公司的技术人员,而这些技术人员又对石化企业大型机组的供配电系统、生产工艺、机械性能及运行管理等方面不慎了解,又由于石化设计部门的电气设计人员也对石化企业大型机组电动机的实际运行和管理规定不够理解,因此,仅能靠保护装置的说明书参照机电式继电器的保护功能如法炮制,使保护装置的许多功能未能得到很好的开发或不能应用的恰到好处。
石化企业大型机组的特点
重要性高
大型机组是石化企业的重要设备,被称为石化企业的“心脏”,一旦发生事故停机将会造成重大的经济损失和安全隐患,石化企业的各个部门都非常重视。
相对容量较大
石化企业大型机组的用电总容量通常占该企业用电总容量的25~35%,最大单机启动容量通常也能占总变电所变压器额定容量的80~100%。
启动时机端电压降很大
石化企业催化装置轴流式主风机组电动机直接启动时,通常机端电压约为电动机额定电压UN.M的75%。
启动时间长
石化企业启动时间最长的通常也为催化装置轴流式主风机。在无烟机推动的情况下,三机组(电动机、轴流机和烟机)通常启动时间在50~60s,而四机组(电动机、轴流机、烟机和汽轮机)启动的时间就更长,甚至某些大型机组严禁直接启动电动机,只能采用烟机或汽轮机将大型机组拖至约90%额定转速,再由电动机将其拉入额定转速。通常在石化企业中,即使能够直接启动的催化装置轴流式主风机组也采用此方法启动。
供配电系统及保护设计
大型机组电动机供电系统[1]设计
当大型机组电动机启动容量大于石化企业总变电所变压器容量的60%时,宜采用专用线路供电方式,当为70%以上时应采用专用线路供电。
专用供电方式的母线TV可采用V接线。开关柜内的相TA宜采用三相,多条电力电缆应共用同一零序TA。机端接线盒内应设置电动机专用氧化锌避雷器保护,并应安装三相磁平衡专用TA,宜采用电容器吸收电路。
辅助油泵电气设计
大型机组的润滑油和动力油系统是确保机组安全运行的关键因素之一,因此,大型机组的辅助油泵的连续供电就显得尤为重要,主、辅油泵不但应具有低油压工艺联锁,而且还应具备电气互投联锁。一旦石化企业外电网发生故障使主、辅油泵供电系统同时产生瞬时欠压(Voltage Dip,电压骤降,例如电力系统发生雷击故障)后,导致主泵停机。电压恢复后,如主、辅泵因低油压或电气联锁同时启动,则大型机组很可能因辅助油系统超压而停机;如电压恢复后仅启动单台油泵,主、辅泵谁能启动则是随机的。如能启动主泵,则此时主泵仍能维持约80%的额定转速,大型机组辅助油系统的油压在瞬时欠压过程中仅会出现瞬时微弱下降,通常不会对大型机组的运行有任何影响;若此时启动辅泵,则辅泵需3~5s从静止状态加速至额定转速,重新建立油压,造成大型机组的辅助系统油压短时急速下降,极易引起大型机组因低油压而停运,使重要生产装置停产,给企业造成重大的经济损失。
辅助油泵宜与大型机组电动机由同一供配电系统供电,并应将与大型机组电动机处于同一供配电系统的辅助油泵作为主泵运行。
保护设计安装
大型机组电动机保护[2,3]设计安装时应注意:
在高压开关柜控制摇门上,应设置一个断路器处于试验位置时能将运行位置开关接通的控制开关,以便工艺和仪表专业在大型机组常规启动前联锁试验之用;
为了防止不必要的纠纷,便于管理和故障记录,还应在高压柜控制摇门上设置工艺联锁机组故障跳闸信号继电器,然后再经保护装置跳闸;
应将大型机组电动机的各绕组和轴瓦的温度与机组其他温度测点一起,由仪表专业统一引入操作室,以便操作人员直接监视;
应将大型机组电动机的各种故障跳闸及热状态报警信号在操作室内显示;
宜将负序过电流、零序过电流、过电压、TV电压回路故障报警信号引入操作室。
在选择用于保护的TA时,应校验电流速断保护一次整定值是否低于TA饱和电流极限值的90%,并低于大型机组电动机端子上最小三相故障电流的30%;
应采用磁平衡保护取代常规的纵联差动保护作为大型机组电动机的主保护;
宜选择具备磁平衡保护的保护装置[4,5,6];
保护装置选型时应注意辅助电源的电压范围;
保护装置的辅助电源应与大型机组电动机控制电源分
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