浅谈核电厂6kV电动机的保护

吴海杰+黄景昊

【摘 要】厂用电动机的可靠运行对核电厂的安全运行至关重要，文中阐述了6kV中压电动机保护元件的动作配合原则，并简单介绍了核电厂6kV电动机常用的保护类型，最后探讨了一些在现场应用中易出现的电动机保护误动问题。

【关键词】核电厂；中压电动机；保护配置；误动

0 引言

核电厂在生产电力过程中，有大量的以电动机拖动的机械设备用以保证反应堆、汽轮发电机组等主设备和辅助设备的正常运行[1]。因此，电动机的可靠运行与核电厂的安全稳定运行密切相关，电动机故障后，若保护拒动可能会导致电动机烧毁，而电动机保护误动则可能会导致停机停堆。

1 6kV电动机的保护配合

在核电厂中，额定功率大于1000kW的电动机由断路器柜供电，额定功率小于或等于1000kW的电动机由熔断器-接触器柜（F-C柜）供电。在由断路器柜供电的电动机馈线中，电动机的过载、短路等保护均通过综合保护装置出口至断路器的分闸脱扣器实现；在由F-C柜供电的电动机馈线中，电动机保护由熔断器的一次保护和综合保护装置的二次保护配合共同完成[2]。熔断器作为保护电器，可在大故障电流下断开回路提供短路保护，在小故障电流或过载情况下借助综合保护装置由真空接触器断开回路提供过载保护。

在F-C回路控制的电动机保护配合中，熔断器的安秒特性曲线和综合保护装置特性曲线交点以下的电流由接触器开断，且该交点处的电流必须小于接触器开断能力；交点以下的电流由熔断器开断，当故障电流超过接触器开断能力时，必须能保证熔断器能可靠动作，且综合保护装置应闭锁保护出口。

2 6kV电动机的保护类型

核电厂6kV电动机装设的保护有差动保护、综合保护和低电压保护，其中综合保护包括过流保护、过负荷保护、单相接地保护等。

2.1 差动保护

根据压水堆核电厂的设计准则[3]，由断路器柜供电的电动机馈线中，额定功率在2MW及以上的电动机应装设纵联差动保护；对未装设纵联差动保护或纵联差动保护仅保护电动机绕组而不包括电缆时，应装设电流速断保护。海南昌江核电厂对一些特别重要的电机如主泵、主给水泵和循环水泵电机，通过ABB的SPAE010高阻抗保护装置，配置了纵联差动保护作为相间保护的主保护。

2.2 综合保护

对于断路器柜，过流保护作为差动保护的后备保护；对于F-C柜，熔断器可切除高倍数的短路故障电流，低倍数短路电流的切除由电动机综合保护装置的过流单元实现。在核电厂中需要注意的是，当6kV安全级厂用电动机由柴油发电机组应急供电时，由于柴油发电具有较低的短路容量，可能不足以使熔断器熔断，因此必须设具有很短延时的过电流保护，动作于接触器切除低值短路故障。

对于6kV电动机的过负荷保护，一般是通过电动机综合保护装置的热过载单元来保护电机避免短时和长时过载；对于单相接地故障，则是通过无方向接地故障单元来进行保护，可动作于跳闸，也可动作于信号。海南昌江核电厂采用ABB的SPAM150C电动机保护装置对6kV电动机进行综合保护，可实现热过载、高整定过流、相不平衡和单相接地等保护，除了单相接地保护动作于报警，其他保护均动作于跳闸。

2.3 低电压保护

电动机装设低电压保护并不是为了反映电气故障，而是为了重要电机的自启动。在核电厂中，对于非安全级厂用电动机，当母线长时间（t>10s）失压时，切断全部电动机馈线，以防止当电压恢复时电动机的意外自启动；对于安全级厂用电动机，由于在由正常电源向应急电源切换过程中及由应急电源供电的任何时间都应保证对负荷的供电，因此不装设低电压保护。

3 实际应用中需要注意的问题

3.1 不平衡保护误动

电动机正常运行时负序电流和三相不平衡度较小，为保证不平衡保护的灵敏度，一般按躲过正常运行时的最大负序电流整定。因此，不平衡保护整定值较低（20%-30%），时限也较小（1-2s）。如此，在电动机断相或内部不对称故障时，不平衡保护能快速可靠动作；但是在外部短路严重或电压波动时，容易造成保护误动。

某厂厂用电机在变压器合闸时三相不平衡保护误动作，通过调查发现该厂6kV电机采用的是反时限电流不平衡保护，动作时间为一个电流不平衡度ΔI和设定值ΔT的函数。在相同的电流不平衡度ΔI下，设定ΔT值越小，动作时间越快。变压器合闸时由于励磁涌流和和应涌流使电机三相电流不平衡度较大，最终导致不平衡保护误动作。

实际上，三相电流不平衡时会引起负序电流，使电动机逆转矩增加，温度上升，此时电机的过热保护已能提供保护；严重不平衡时，单相接地也能起到保护作用，所以没必要要求不平衡保护具有较高的灵敏度，可将不平衡保护的延时时间延长或将保护出口动作于信号而非跳闸。

3.2 速断保护误动

电动机保护装置一般都将电流速断保护定值整定为额定电流的10-12倍，而实际上电机起动后的正常运行电流并不大，所以速断保护的灵敏度并不理想。为了提高保护灵敏度，一些保护装置将电流速断保护分为电机启动阶段和正常运行阶段分别整定，将电机启动后的电流速断保护定值整定为一个较低值，电机启动时保护定值自动加倍或整定为10-12In，如此虽然具有较高的保护灵敏度，但是当母线电压发生变化时，电流速断保护可能会误动作。一方面，当外部发生短路故障时，由于电动机磁通不能突变，绕组仍有较大的电动势，使电动机向故障点反馈电流；另一方面，备用电源切换期间，母线电压降低后又迅速恢复，而保护装置不一定能判别出电机启动过程，使得电机启动电流大于电流速断低值，导致电机误跳闸，使备用电源自投失去意义。

核电厂6kV系统慢切换过程中，为了减少切换成功后电动机重新启动对辅变的冲击，电动机一般都设定为跳闸，唯一例外的是为了满足汽机冷却需要仍保留了SRI（常规岛闭式冷却水系统）泵，所以在整定过程中，SRI泵电机的电流速断保护低值必须经过实际运行验证后方可投入。

3.3 热过载保护误动

4 结语

随着电子技术的发展，电动机综合保护装置的功能将更完善，成本也将更低，但是在实际使用前必须理解保护装置中各保护单元整定值的含义，否则很有可能导致电机保护误动或拒动，造成不必要的经济损失。

【参考文献】

[1]李磊.厂用电动机保护配置的探讨[J].中国高新技术企业，2013（28）：55-57.

[2]郑鸿志，孙平.F-C回路在发电厂高压厂用电系统中的应用[J].东北电力技术，2010，31（12）：23-26.

[3]EJ1134-2001压水堆核电厂厂用电系统设计准则[S].

[4]贺家李，李永丽，董新洲，等.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2014.

[责任编辑：许丽]