十二REM543保护装置在同步电机上应用

1、论文题目：相量解析法在 REM543综保电机差动保护调试中的应用申报职称：申报人姓名：申报人单位：论文专业：相量解析法在 REM543综保电机差动保护调试中的应用摘要 ：差动保护在大型电气设备上应用广泛，本文结合ABB 公司 REM543综合保护器介绍，就相量解析法在同步机差动保护调试上的应用进行了论述。分析了本厂同步机电机差动保护的原理，对REM543综合保护装置的研究和实际应用，重点对自耦变压器进行了电流相量分析，相量解析式的推导。并对保护装置安装、整定及调试方面进行了阐述。通过REM543综合保护装置差动保护在本厂同步机上的实际应用，为电机差动保护的应用提供了一定实践经验。希望通过本文的

2、论述对从事电气工程的安装、调试、维护及运行人员起到一定的借鉴作用。关键词 ：相量解析REM543 综保差动保护同步电机目录相量解析法在REM543综保电机差动保护调试中的应用. 1摘要1关键词1目录1绪论2一、 REM543 功能说明31.REM543 功能简要说明3（ 1） REM543前端视图说明3（ 2） REM543 内部结构简要说明32. 各同步机控制柜相关开关量对应关系如下：4二、同步机相关控制设备及工作原理51. 一次设备组成52. 一次设备基本参数53. 同步机启动过程64. 保护的投入6三、 REM543 差动保护在同步机上的应用61 对自耦变压器电流向量关系的误区62. 对

3、上述观点的纠正73 . 对公式的推论8四、本机差动保护原理分析91. 同步机从启动到稳定运行一次系统电流向量分析92 .REM543 差动保护设置分析93.利用相量分析发实现REM543 差动保护的接线实例.95. 本厂同步机差动保护（Diff6G ）定值116.综保差动保护参数设定菜单12（ 1）模块的快速设置12（ 2）功能调试13（ 3）带电调试14（ 4）倒相注意问题14五、 REM543 综保电机差动保护调试应用小结14六、结束语：15参考文献15绪论 ：我厂空分系统主要设备是空压机，为德国MANTurbo 公司产品，其驱动设备为SIEMENS公司生产的大功率同步机。成套设备均为进口

4、设备，技术含量和造价高，是迁钢公司重要设备。其安全稳定运行与否，直接影响迁钢公司主流程能否顺产。为此，我厂在同步电动机保护方面采用了ABB公司的 REM543型电机保护装置，实现了对同步机的自动化保护功能。其中差动保护是其主保护，也是最难调试的保护。目前我厂共安装了 5 套制氧机组，前 3 套空压机电机在安装、调试差动保护时很不顺利。因对自耦变压器原理，三组CT 接线与综保设置的误解，造成反复改线，修改设置，费了很多周折，延误了投产时间。为解决此类问题，本人通过研究REM543综保原理、自耦变工作原理、差动保护原，并结合实践，总结出相量解析调试法 , 并应用到调试中，大大缩短了调试时间，为早日

5、投产创造了条件。一、 REM543 功能说明1.REM543功能简要说明（ 1）REM543前端视图说明REM543电机保护控制装置不但有常规的过负荷、 电流速断及接地保护， 不平衡、超时起动、纵差保护等多种保护功能 , 而且还具有与自动化系统联网的各种接口 ( 前端的RS232和后端的 RS485接口 ) 。实现了全数字化处理 , 具有智能化故障诊断功能， 能够覆盖电动机所有故障。 REM543保护装置采用数字技术完成电动机所需的各项保护、控制、监视和记录功能。 REM543前端视图如 1-1 ：图 1-1（ 2）REM543内部结构简要说明REM543综保装置安装在电源柜，采用 220V

6、直流工作电源， PT 母线提供 100V 交流电压， CT采集电流模拟量，用于实现计量、显示、保护功能； 本综保有 15 个模拟量输入， 15 个开关量通道，功率输出有 5 个双极输出端，模拟量输出 4 个通道 在 MMI界面输入密码 , 可以对功能控制块进行设置。 控制信号和状态信息通过串行总线传送。 CAP505 继电器配置软件工具 REM543 内部结构原理图如图 1-2 ：图 1-22. 各同步机控制柜相关开关量对应关系如下：COCB1: 电源柜开关位置显示COIND1: 电源柜手车位置显示COIND3: 电源柜地刀位置显示COIND4: 短接柜开关位置显示COIND5: 短接柜手车位

7、置显示COIND7: 中性点柜开关位置显示COIND8: 中性点柜手车位置显示二、同步机相关控制设备及工作原理1. 一次设备组成电源柜 HA5、短接柜 HA3、星点柜 HA2、自耦变压器、励磁柜；电源柜CT、电机侧 CT、星点柜 CT；测控设备 REM543。电源柜 CT、星点柜 CT、电机星点侧 CT分别采集三组电流数据进入综保，用于计量、显示、和保护。其中自耦变压器，同步机均为星型接线。一次系统如图 2-1 ：图 2-12. 一次设备基本参数电源柜、短接柜、星点柜断路器容量均为 1600A，同步机参数为： 10KV,16900KW， 1500prm/min ,PF 0.97 ； CT型号，

8、 C1/0.5 ；C2/5P20；自耦变压器参数如表 -1 ：设备代号型号容量一次电压（ V ）一次电流（ A）接线方式5ATT01QOSG-50000/100002887/2540/2194Y,aO10/50000KVA额定起动时间冷却方式二次电压（ V ）二次电流（ A）额定频率55SAN8500/8000/75003396/3175/282550HZ表-13. 同步机启动过程同步机启动原理：同步机启动时断路器动作有一定逻辑关系，电流流向复杂 , 具体说明如下：为了降低电机启动时对电网的冲击，本机组采用自耦变压器降压启动，全压运行，启动时间 53 秒。 启动时 DCS发启动指令， HA2星

9、点柜断路器首先合闸，自耦变三相绕组尾端通过星点柜短接，使绕组封星点。 1S 后，电源柜断路器合闸， 10KV 电源加到自耦变的绕组首端，自耦变压器开始工作，进行自耦降压。由抽头输出 7.5KV 电压，输送到同步机，使同步机降压启动。 45S 投入励磁， 51S 星点柜断路器分闸，电流由自耦变首端经串联绕组， 再由抽头输送给电机， 此时相当于串电抗器启动。 2S 后 HA3短接柜断路器合闸，自耦变串联绕组被短接， 电流绕过自耦变压器直接输送给电机， 10KV全压加到电机绕组，完成启动过程。4. 保护的投入同步机由启动到运行， REM543综合保护器保护功能投入，其中 DIFF6G（差动保护）保护

10、对电源柜到电机尾端之间的电器起到监测保护功能，其保护范围电源柜出线端，自耦变，同步机，和它们之间的电缆。一旦出现超过 0S 跳闸。100m A 的差动电流，保护马上启动三、 REM543 差动保护在同步机上的应用钢迁钢公司制氧厂，目前安装了 5 套空压机机组。前 3 套空压机电机在安装、调试差动保护时出了很多问题。由于安装图纸 CT 标识不清，同时对综保内设置模式不清楚及对自耦变电流向量关系的误解，导致调试摸索进行。造成反复改线，反复倒线，修改设置，试车多次失败。延误了投产时间，该问题成为当时棘手问题。为彻底解决这个问题，本人通过对 REM543综保原理的研究和自耦变工作原理，差动保护理论分析

11、，并结合实践，总结出相量解析法用于差动保护调试，取得了良好的效果。1 对自耦变压器电流向量关系的误区调试人员对空压机自耦变压器电流相量关系有误区， 以自耦变单相绕组进行电流相量分析。如图 3-3 所示：调试方认为串联绕组电流向下，公共绕组电流向下，抽头绕组电流由节点流出。图 3-3基于该观点，由基尔霍夫第一定律得出电流相量关系为 I1=I2+I3 ，与单相绕组一次电流对应的 CT二次电流标注如图 3-4 ：图 3-42. 对上述观点的纠正通过对自耦变压器工作原理的分析， 以自耦变和电机单相绕组进行分析。 串联绕组，公共绕组和低压抽头连接处存在节点如图 3-5 所示。自耦变电流相量为串联绕组电流

12、 I1 流向节点，公共绕组电流 I2 流入节点，抽头处电流 I3 流出节点提供给负载。图 3-5由基尔霍夫第一定律得， 单相绕组电流相量解析式为 I1+I2=I3 1 此时，与一次电流对应的 CT二次电流方向如图 3-6 ：所示图 3-63 . 对公式的推论三组 CT 在电路中的布置及极性关系，电源侧CT1 的 S1 端、星点柜侧 CT2 的 S1 端、电机侧 CT3 的 S1 端为同极性端；其余 CT 的 S2 端为同极性端。一次电流对应的二次电流为 i1、i2 、 i3。一次电流相量解析式推论如下：I1、I2、I3I1+(I2-I3)=0 2I1-(-I2+I3)=0 3对应二次电流相量解

13、析式为： i1+(i2-i3)=0 4 i1-(-i2+i3)=0 5 相量关系式 45 可以通过综保来实现。 在主电路无故障情况下， 公式 45是成立的，一旦被保护电路内部出现故障，即出现了差动电流，公式 23 不再成立，对应的相量解析式 45 也不再成立。差动电流被综保计算出来， 超过整定值，立即启动保护出口，跳开断路器。我厂同步机差动保护利用三组 CT 与综保的配合来实现的，该保护是电机的主保护。四、本机差动保护原理分析1. 同步机从启动到稳定运行一次系统电流向量分析（1）开始启动第一步，星点柜断路器合闸，电源柜断路器合闸，此时电流流向：电源柜出线电流即为自耦变高压进线电流 I1 ，自耦

14、变星点侧电流 I2 ，电机电流即为自耦变抽头电流 I3 ，向量关系为 I1+I2=I3（2）启动第二步，电源柜断路器合闸，星点柜断路器分闸状态（持续时间为2S），相当于串电抗器启动。此时，因为星点柜断路器分闸，自耦变尾端开路，不再构成中性点。此时电流分布为：电源柜出线电流即为自耦变进线电流 I1, 星点柜电流 I2=0, 电机电流为自耦变抽头电流 I3 由 I1+I2=I3 ，I1=I3 。（3）第三步，电源柜断路器合闸，短接柜断路器合闸状态电源柜断路器合闸，短接柜断路器合闸，此时电机启动完毕，自耦变进线端和抽头被短接。自耦变进线端、抽头及星点柜侧电流均为 0。此时电源柜出线电流与同步机星点侧

15、电流相等 I1=I3 。2 .REM543 差动保护设置分析各采集点 CT二次电流向量关系及分析要电：(1) 根据 CT安装的位置，明确二次端的极性。(2) 二次端子极性受一次电流的影响；明确三个 CT二次电流的相量关系。(3) 分析综保内部功能设置， 通过分析 REM543内部功能设置， 针对差动保护有两种工作模式：其一， TYPE 对输入的两个电流向量求和，计算结果为零。其二， TYPE 对输入的两个电流相量求差，计算结果为零。通过分析可知，对于TYPE 模式，要求进入综保的两个电流相量是反极性的，对于TYPE模式，要求进入综保的两个电流相量是同极性的。所以，接入综保的电流向量必须满足综保

16、设置的要求。3.利用相量分析发实现REM543差动保护的接线实例本综保有 6 个电流模拟量输入端口，对于本机存在的3 组 CT 共 9 个电流模拟量组成的差动保护产生了冲突，故需要一个解决方案。可采用一组电流相量直接接入综保，另两组电流相量在综保外先求和或求差，其结果再接入综保。（1） 与综保内 TYPE I 设置对应接线：根据该推论由公式I1+ （ I2-I3）=0 2及对应二次相量关系式i1+ （i2-i3）=0 4实际接线时，应保证电流 i1 直接进入综保， i2 与 i3 反极性求和，实现相量求差 i2-i3 ，再进入综保，最后在综保内实现相量求和 i1+(i2-i3)=0 。将综保差

17、动保护模式设定为 TYPEI ，相对应的接线如下：电源侧 CT1 的 S1 端直接进入综保；星点柜侧 CT2的 S1 端与 电机侧 CT3的 S2 端相接，再进入综保；电源侧 CT1的 S2 端，星点柜侧 CT2的 S2 端，电机侧 CT3的 S1 端短接再接地。接线原理图 4-1 及实际接线如图 4-2：图 4-2（ 2）与综保内 TYPE 设置对应接线 ：i1根据推论公式 I1-(-I2+I3)=0 3i1-(-i2+i3)=0 5直接进入综保， i2 和 i3 反极性求和实现 -i2+i3再进入综保。实现 i1- （-i2+i3 ）=0。电源侧 CT1三相绕组的S1端直接进入综保，星点柜

18、侧CT2的S2端与电机侧CT3的S1端连接再接入综保。电源侧 CT1的 S2端，星点柜侧CT2的S1端，电机侧CT3的 S2端短接再接地。接线原理如图 4-3图 4-45. 本厂同步机差动保护（ Diff6G ）定值保护模型如下图图 3-7参数说明：起动值 pick-up=0.1In斜率 start ratio=35%拐点 1turn-point1=0.2拐点 2turn-point2=2.0保护类型：自锁6. 综保差动保护参数设定菜单本综保不足之处， 是显示界面。文本均为英文缩写， 为调试及故障分析增加了难度。（ 1）模块的快速设置在 MMI界面输入密码 , 按 ENTER键，可以对功能控制

19、块进行设置。<1>与综保内 TYPE I 设置MAN MENUStatusProtection diff6g actual settingControlmotstartseting group1 basic setting=10%Cond.monitnef1lowseting group2setting ratio=35%Measurementnoc3lowcontrol settingturn point1=0.2*InCommunication noc3highinput data1turn point2=2.0InGeneral funcnoc3instinput data2

20、inst setting=10*InTestsnpslowoutput dataInformationuv3highrecorded data1aConfigurationuv3lowrecorded data1brecorded data2arecorded data2brecorded data3arecorded data3bControl setting diff6g = In useGroup selection=group1Active group=group1Trip siglal=latchingTrip pulse=40msCbfp times=0100msCT connec

21、tion=typeTest trip=do not activeTest cbfp=do not active<2>与综保内 TYPE设置MAN MENUStatusProtection diff6gactual settingControlmotstartseting group1 basic setting=10%Cond.monitnef1lowseting group2setting ratio=35%Measurementnoc3lowcontrol settingturn point1=0.2*InCommunication noc3high input data1 t

22、urn point2=2.0In General func noc3inst input data2 inst setting=10*InTestsnpslowoutput dataInformationuv3highrecorded data1aConfigurationuv3lowrecorded data1brecorded data2arecorded data2brecorded data3arecorded data3bControl setting diff6g = In useGroup selection=group1Active group=group1Trip sigla

23、l=latchingTrip pulse=40msCbfp times=0100msCT connection= typeTest trip=do not activeTest cbfp=do not active（ 2）功能调试a、二次导线加入试验电流，进入菜单input data查电流极性，进入综保菜单，查input data显如下所示：Input data1Current Il1=* *Incurrent Il2=* *Incurrent Il3=* *InCurrent Il1b=* *In current Il2b=* *Incurrent Il3b=* *InCurrent Id1

24、=* *Incurrent Id2=*Incurrent Id3=* *InCurrent Ib1=* *IncurrentIb2=* *IncurrentIb3=* *InInput data2Angle Il1-Il2=*angleIl2-Il3=*angleIl3-Il1=*Angle Il1b-Il2b=*angleIl2b-Il3b=*angleIl3b-Il1b=*Angle Il1-Il1b=*angle Il1-Il2b=*angleIl3-Il3b=*input bs1=not active观察 Id 是否为零，否则，说明电路接线极性有问题。因该方法在电源柜处进行，仅保证接入

25、综保的电流极性是否满足综保的功能设置，不能保证电机侧CT与星点柜 CT接线的正确。（ 3）带电调试采用 380V交流电源代替 10KV电源模拟开机程序，观察综保内 Input data 只有 Il1= Ib1 、Il2= Ib2 、Il3= Ib3;Id1=0 、 Id2=0 、Id3=0 才能说明综保设定和接线基本正确。调试过程中，如果出现保护动作跳着，可以进入菜单，查看如下记录：record data1date=* -*-*Time1Recorded data1该记录项目同（ 2）所示 , 模式 II调试同上通过记录数据分析原因，采取相应的措施。（ 4）倒相注意问题试车时，如果发现电机运转反向， 应停机倒相， 一般在短接柜下火， 或电机接线端