火力发电厂中热继电器配置的研究
时间：2023-04-08 12:30:06 来源：千叶帆 本文已影响人
戚运韬
（皖能合肥发电有限公司，安徽合肥 230002）
发电厂中380 V 低压电机众多，所属系统及作用各异，对机组的重要性各不相同，应根据电机的特性，合理地配置热继电器，配置合适可以最大限度地保护电机和机械设备，否则容易损坏电机损坏机械设备，甚至影响发电机组的稳定运行。
热继电器物美价廉、性价比高、动作性能稳定，在大型火力发电厂中广泛用于低压电机上作为过载及断相保护，可防止因电机过热而破坏其绝缘性能。一般热继电器常闭节点串接到接触器控制回路中，当出现不正常工况或电机运行电流瞬间增大，导致热继电器动作，其常闭节点打开，接触器线圈断电从而断开接触器一次回路。热继电器常开节点接入也可编程逻辑控制器，热继电器动作，其常开节点闭合，可编程逻辑控制器断开一次回路接触器，实现热继电器的保护功能。
过载保护不是反映故障而是反映异常运行的，通过观察、对比，分析造成电机过载保护动作的一般有以下4 种情况：①在并泵期间存在过流；
②在备用泵自启时也有可能存在过流现象；
③过载保护误动；
④机械卡涩。例如过载保护投跳闸，那么前3 种情况可能会影响系统稳定运行，但对于第4 种情况则可以保护电机；
过载保护投报警，那么前3 种情况不会影响系统稳定运行，但对于第4 种情况则无法保护电机。过载是电机的一种异常运行工况不属于故障，在满足一定条件下是可以运行一段时间的，当过载时间较短且过载电流不大，并且电机绕组未超过允许的温升时，这种过载现象是允许的；
当过载时间较长且过载电流较大，致使电机绕组的温升将超过允许值时，是禁止的。
某发电公司装机为两台630 MW 火力发电机组，共有380 V 低压电机1000 多台，统计4 年来发生的380 V 低压电机异常故障共计110 次，其中属于热继电器保护范围的共84次，发生过载82 次、断相2 次，可以看出热继电器动作的原因大多数是过载保护动作。在84 次异常中发生设备损坏51 次，电机损坏26 次，轴承联轴器损坏22 次，热继电器损坏2 次，引线鼻脱焊1 次。在低压电机的异常中热继电器可以有效保护的次数占比76%，热继电器作为低压电机保护的重要组成部分是必要的。在这84 次异常中发生电机损坏26 次，占比约31%，没有达到热继电器保护目的导致电机绝缘损坏。
热继电器定值指允许长期通过而不会引起继电器动作的电流，一般是整定为电动机额定电流的1.05～1.2 倍，其动作特性是反时限特性，即超过启动门槛后电流越大，动作时间越短。过载保护报警还是跳闸，就是倾向保护电机还是倾向稳定系统，对待过载保护，在不同的系统中应区别对待。所以电机在配置热继电器时，应当对电机性能及特性有充分的了解，如工作环境、启动电流大小、负载性质、允许温升等。
2.1 案例1
2019 年11 月3 日，5#炉B 送风机B 润滑油泵电流由8.1 A突升至15.1 A，后恢复至8 A 左右，电机有异音。检查情况：热继电器整定值14.5 A；
电机型号1LE0001-1CB0 3-3FA4 132S，额定容量5.5 kW，额定电压380 V，额定电流12.1 A；
测量直流电阻三相平衡约为2.05 Ω；
测量绝缘电阻，对地电阻1500 MΩ，相间阻值1000 MΩ，绝缘良好；
发现联轴器梅花垫损坏，电机冷却风扇叶有轻微变形。
调取火电厂厂级监控信息系统中5#炉B 送风机B 润滑油泵运行电流历史曲线，从历史曲线看，电流瞬时到达最大值15.1 A约30 s 后恢复成8 A，继续运行12 min 后手动切换到A 润滑油泵运行。
分析探讨5#炉B 送风机B 润滑油泵电流突升是电动机风扇叶变形与风扇罩壳发生摩擦，梅花垫损坏联轴器金属碰撞造成的。5#炉B 送风机B 润滑油泵运行电流最大值15.1 A，约是热继电器整定值14.5 A 的1.04 倍，没有达到启动门槛，不足以使热继电器动作，所以保护不动作是正确的。5#炉B 送风机B润滑油泵如果过载跳闸，备用油泵及时正确自动投入的话可能会只造成机组的扰动；
备用油泵不能及时正确地自动投入，则需要运行值班员处理得当，使机组降负荷运行，运行值班员处理稍有失误无法稳住负荷，则会导致发电机组跳机非停，无论降负荷运行还是跳机非停都是严重故障，给发电厂造成巨大损失。对于像送风机润滑油泵这样一旦跳闸就会影响系统稳定运行的电机，热继电器配置时就应该主要考虑稳定系统，热继电器动作于跳闸就不合适，应只动作于发信号至运行值班室而不跳闸，当运行值班员接收到声光报警信号后，迅速执行预案进行处理，保障机组稳定运行。经过排查发电机组冷却系统的定子冷却水泵、工业水泵，保安系统的交流润滑油泵，制粉系统的磨煤机油泵，风烟系统的引风机油泵、空预器等都属于这种极度重要，对机组系统稳定运行起关键作用的380 V 低压电机，热继电器在配置时整定值取电机额定电流1.2 倍，且只动作于发信号至运行值班室为宜。
2.2 案例2
2020 年8 月13 日凌晨，5#炉B 给煤机清扫链电机跳闸，检查情况：A 给煤机清扫链电机热继电器动作，运行值班员发现报警后断开电源空开，拆开电机口线罩壳测量电机绝缘正常，重新开启。2020 年8 月17 日晚，5#炉A 给煤机清扫链电机跳闸，检查情况：A 给煤机清扫链电机热继电器动作，电源空开跳闸，拆开电动机口线罩壳测量电机绝缘为0，电机绝缘已损坏。
调取火电厂厂级监控信息系统中5#炉所有给煤机清扫链电机运行电流历史曲线，运行电流基本维持在0.9～1 A。电机额定电流1.12 A，A、D 给煤机清扫链电动机热继电器整定值为1.4 A，B、C 给煤机清扫链电机热继电器整定值为1.2 A，E、F 给煤机清扫链电机热继电器整定值为1.3 A。
分析探讨5#炉A 给煤机清扫链电动机的热继电器常开节点接到给煤机控制器中，当热继电器动作，其常开点闭合，由给煤机控制器控制断开一次回路接触器。一般热继电器整定值的1.05 倍是启动门槛，超过门槛才会进入反时限动作区，A 给煤机清扫链电机热继电器整定值1.4 A，它的启动门槛就是1.47 A，只有超过了1.47 A 才会进入反时限动作区计时，就造成A 给煤机清扫链电机过载电流较大，致使电机烧毁。对于像给煤机清扫链电动机这样工作环境比较好，且较长时间停运不会影响机组稳定运行的电机，热继电器配置时就应该主要考虑保护电机。给煤机清扫链电机正常不是满负荷运行，电流基本维持在0.9～1 A，热继电器整定值取正常运行电流高值的1.1 倍即1.1 A比较合适。5#炉给煤机清扫链电机热继电器整定值全部统一调整为1.1 A 后一直运行稳定，有效地保护了电机和机械设备。经过排查发电机组除灰系统的冲洗水泵、排污泵，化水系统的加药泵，废水系统的排水泵、鼓风机，吹扫系统的吹灰器等都属于重要性有限的类型，较长时间停运不会影响机组稳定运行，热继电器在配置时整定值取正常运行电流高值的1.1 倍，且直接动作于跳闸为宜。
2.3 案例3
2020 年11 月3 日，5#炉捞渣机跳闸。检查情况：5#炉捞渣机热继电器动作，运行值班员发现报警后断开电源空开。检修维护人员拆开电机接线罩壳，测量直流电阻三相平衡，测量绝缘电阻绝缘良好，重新开启正常。
调取火电厂厂级监控信息系统中5#炉捞渣机运行电流历史曲线看，运行电流基本维持在20～28 A，此次电流由26 A 升至37 A，运行18 min 保护动作跳闸，而5#炉捞渣机停运超过3 h，无法正常排渣就需要机组降出力运行，并需要大量人员人力清渣。捞渣机额定电流37 A，热继电器整定值31 A。
分析原因，5#炉捞渣机热继电器常闭节点接到其控制回路中，当热继电器动作，其常闭点打开，断开一次回路接触器。电机额定电流37 A，运行电流基本在20～28 A，可以看出热继电器整定值31 A 是按正常运行电流高值的1.1 倍，即28 A 的1.1倍取得。捞渣机电机为F 级绝缘，在额定输出时按B 级温度等级使用，电机温度上限为130 ℃，按照运行工况，电动机1.2 倍额定电流可以运行1 h。对于像捞渣机电机这样停运会对机组稳定运行造成一定影响的电机，热继电器配置时就应倾向稳定系统，整定值按正常运行电流高值的1.1 倍取是不合适的，应该以电机额定电流的1.2 倍为优，在最大限度保障机组稳定运行同时兼顾电机安全。经过排查发电机组制粉系统的给煤机，化水系统的除盐水泵、胶球清洗泵，除灰系统的钢带机、斗提机，输煤系统的皮带机等，都属于这种可以短时停运、长时间则会对机组稳定运行造成一定影响的类型，热继电器在配置时整定值取电机额定电流1.2 倍，且直接动作于跳闸为宜。
根据电机在发电机组系统中的作用及跳闸对生产影响的严重程度，电机热继电器配置不同，对机组系统稳定起关键作用，一旦跳闸就影响机组运行的低压电机，热继电器在配置时整定值取电机额定电流1.2 倍，且只动作于发信号；
对重要性有限，较长时间停运不会影响机组稳定运行的低压电机，热继电器在配置时整定值取正常运行电流高值的1.1 倍，且直接动作于跳闸；
对允许短时停运，长时间停运则会对机组稳定运行造成一定影响的低压电机，热继电器在配置时整定值取电机额定电流1.2倍，且直接动作于跳闸。
电机运行中断相会使电流升高2 倍以上，无论是选按电机的运行电流整定还是按电机额定电流整定，其结果都不会影响热继电器在电机断相时的正确动作。
通过介绍低压电机热继电器实际应用，说明对不同类型电机热继电器采取不同配置，选择合适的动作方式、合理的整定值，可以提高发电机组系统稳定性，还能有效保护电机及机械设备，增加经济效益。
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