WDZ-430EX电动机综合保护测控装置说明书(1)

第三章WDZ-430EX电动机综合保护测控装置1. 产品用途及特点WDZ-430EX电动机综合保护测控装置（以下简称装置）主要用于大型及中型三相异步电动机的综合保护和测控，对特大型电动机（2000KW及以上，或主保护灵敏度校验不合格）需加装与之配套的WDZ-431EX电动机差动保护装置。

装置可配置独立的操作回路和防跳回路，可适用于各种出口的电动机回路。

完备的保护功能：●电流速断保护（反向功率闭锁）●负序过流一段保护●负序过流二段保护●接地保护●过热保护●过热禁止再启动保护●堵转保护●长启动保护●正序过流保护●过负荷保护●欠压保护●PT断线告警●FC回路大电流闭锁出口●熔断器保护●独立的操作回路和防跳回路（选配）●故障录波和电机启动过程录波测控功能：●10路遥信开入采集、装置内部遥信、事故遥信●断路器遥控跳、合●遥测量：三相电压，三相电流，P，Q，功率因数，频率●2路脉冲量输入实现外部电度表自动抄表●内嵌高精度智能电度表，输出有功脉冲，可节省外部电度表（选配）●1路4～20mA直流模拟量输出，替代变送器作为DCS测量接口（选配）●电动机启动信息和启停次数统计通讯功能：●多种通讯接口：RS485、CAN、以太网，可支持双网本装置具有如下特点：●采用先进的32位嵌入式微处理器●汉字液晶显示、操作简便直观●用串行EEPROM存放保护定值●可预先设定5套定值适应各种运行工况●带掉电保持的SOE和自检报告●软、硬件冗余设计，抗干扰性能强●完善的软、硬件自检，二级看门狗●全密封嵌入式机箱设计，体积小，重量轻，可直接安装在开关柜上●安全可靠的高速现场总线技术，支持RS485、CAN、以太网，支持双网●完善、灵活的保护功能，全面、准确、可靠的测控功能●可选配DCS测量接口（4～20mA模拟量输出）●可选配独立的操作回路和防跳回路，并能自动适应跳合闸电流的大小。

2. 主要保护功能及原理保护原理框图见图3.1。

t<t qd(t≥t qd(I max≤1.05I eI0>I0dzI maxI2>I21dzI2>I22dz I0≥[1+（I max/I e-1.05I a反向功率闭锁A相正方向I bB相正方向I cC相正方向I a反向功率闭锁A相正方向I bB相正方向I cC相正方向Ia>Ifcbs Ib>Ifcbs Ic>IfcbsIa>Ib>Ic >注：U max =Max （Uab,Ubc,Uca ）,,其他符号定义参见定值表 BTJ 为保护跳闸继电器ACT 为保护动作信号继电器 FLT 为保护动作告警继电器I max =Max （Ia,Ib,Ic ）Umax<5V Imax>Ie/4Umax>20VImax>Ie/4I a >I gfh I c >I gfh保护启动前U max >1.05U qyI 1>I 1glI c <1.125I eI b <1.125I e I b >1.I c >1.t>t yd t>t qdjPT 断线闭锁I a >1.I a <1.125I e I b >I gfh I b I c I a U bc <U qy U ab <U qy U ca <U qy U max <5V I max <I e /8开关在合位图3.1 WDZ-430EX 保护原理框图2.1.电流速断保护（反向功率闭锁）其动作判据为：I max=max（I a，I b，I c）I max＞I sdg 在电动机额定启动时间内或I max＞I sdd在电动机额定启动时间后t＞t sd式中，I max：A、B、C相电流（I a，I b，I c）最大值（A）I sdg：速断动作电流高值（电动机启动过程中速断电流动作值）（A）I sdd：速断动作电流低值（电动机启动结束后速断电流动作值）（A）t sd：整定的速断保护动作时间（s）本保护在电动机启动时，可以避开启动开始瞬间的暂态峰值电流。

为了防止外部故障时电动机倒送大电流引起电流速断保护误动作，本保护设置了反向功率闭锁速断保护的功能。

如果反向功率闭锁速断功能投入，当电流和电压同向时，开放保护；当电流和电压反向时，闭锁保护。

2.2.负序过流一段保护其动作判据为：＞I21dzIt＞t21dz式中，I2：负序电流（A）I21dz：负序过流一段电流动作值（A）t21dz：负序过流一段保护动作时间（s）2.3.负序过流二段保护其动作判据为：＞I22dzIt＞t22dz式中，I22dz：负序过流二段电流动作值（A）t22dz：负序过流二段保护动作时间（s）2.4.接地保护采用零序电流互感器获取电动机的零序电流，构成电动机的单相接地保护。

为防止在电动机较大的启动电流下，由于零序不平衡电流引起本保护误动作，本保护采用了最大相电流I max 作制动量，其动作特性见图3.2。

I 0＞I 0dz当I max ≤1.05I e 时 或I 0＞[1+（I max /I e -1.05）/4]I 0dz当I max ＞1.05I e 时t 0＞t 0dz式中，I 0：电动机的零序电流倍数I 0dz ：零序电流动作值（倍） I e ：电动机额定电流（A ）t 0dz ：整定的接地保护动作时间（s ） t 0：接地保护动作时间（s ）零序额定电流视中性点接地电流大小确定，本装置提供I 0e =0.02A 和I 0e =0.2A 两种供选择。

一般有，中性点小电流接地时，取I 0e =0.02A ；中性点大电流接地时，取I 0e =0.2A 。

2.5.过热保护装置可以在各种运行工况下，建立电动机的发热模型，对电动机提供准确的过热保护，考虑到正、负序电流的热效应不同，在发热模型中采用热等效电流I eq ，其表达式为：式中,K 1 =0.5 额定启动时间内 =1额定启动时间后 K 2 =3～10本装置取6K 1随启动过程变化，K 2用于表示负序电流在发热模型中的热效应，由于负序电流在转子中的热效应比正序电流高很多，比例上等于在两倍系统频率下转子交流阻抗对直流阻抗之比。

根据理论和经验，本装置取K 2=6。

22I 2K 21I 1K eq I+=21I max /I e图3.2 接地保护特性曲线电动机的积累过热量θΣ为：式中，Δt ：积累过热量计算间隔时间，本装置取Δt=0.1s 。

电动机的跳闸（允许）过热量θT 为：式中，T fr ：电动机的发热时间常数（s ）当θΣ＞θT 时，过热保护动作，θΣ=0表示电动机已达到热平衡，无积累过热量。

为了表示方便，电动机的积累过热量的程度用过热比例θr 表示：θr =θΣθT由此可见，θr ＞1.0时，过热保护动作，为提示运行人员，当电动机过热比例θr 超过过热告警整定值θa 时，装置先告警。

电动机在冷态（即初始过热量θΣ=0）的情况下，过热保护的动作时间为：t=T frK 1（I 1/I e ）2+K 2（I 2/I e ）2-1.052当电动机停运，电动机积累的过热量将逐步衰减，本装置按指数规律衰减过热量，衰减的时间常数为4倍的电动机散热时间T sr ，即认为T sr 时间后，散热结束，电动机又达到热平衡。

2.6.电动机过热禁止再启动保护当电动机因过热保护切除后，本保护即检查电动机过热比例θr 是否降低到整定的过热闭锁值θb 以下，如否，则保护出口继电器不返回，禁止电动机再启动，避免由启动电流引起过高温升，损坏电动机，紧急情况下，如在过热比例θr 较高时，需启动电动机，可以按装置面板上的“复归”键，人为清除装置记忆的过热比例θr 值为零。

2.7.堵转保护用电动机转速开关和相电流构成堵转保护。

其动作判据为：I max ＞I ddz t ＞t ddz转速开关触点闭合fr2e T T I ⋅=θ()()Δt I e 1.052I 2eq dt 0I e 1.052I 2eq Σθ ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∑=⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=t式中，I ddz：堵转保护动作电流整定值（A）t ddz：堵转保护动作时间（s）本保护需引入电动机转速开关信号。

2.8.长启动保护首先计算电动机在启动过程中的计算启动时间t qdj：t qdj=（I qde）2×t yd I qdm式中，t qdj：计算启动时间（s）I qde：电动机的额定启动电流（A）I qdm：本次电动机启动过程中的最大启动电流（A）t yd：电动机的允许堵转时间（s）其次判断，若在计算启动时间t qdj内，I max＜1.125I e，则，电动机正常启动成功，长启动保护算法结束；若在计算启动时间t qdj后，I max＞1.125I e，则，电动机未能正常启动，长启动保护动作。

长启动保护动作时间最长为100s。

2.9.正序过流保护正序过流保护必须满足下列条件之一方才投入：✧电动机长启动算法结束；✧启动时间超过允许堵转时间，t＞t yd；如果满足下列条件之一，则认为电动机长启动算法结束：✧如果长启动保护投入：参照长启动保护逻辑；✧如果长启动保护未投入：I max＜1.125I e；其动作判据为：I1＞I1glt1＞t1gl式中，I1gl：正序过流保护正序电流动作值（A）t1gl：整定的正序过流保护动作时间（s）对于不采用长启动保护的用户，需要注意的是：本保护除了需要整定正序过流动作值I1gl 和正序过流动作时间t1gl，还需要整定电动机允许堵转时间t yd。

2.10.过负荷保护其动作判据为：＞I gfhIt＞t gfh式中，I gfh：过负荷保护电流动作值（A）t gfh：过负荷保护动作时间（s）2.11.欠压保护通过测量电动机母线电压来实现，当电动机母线电压降低到整定动作值U qy以下且时间大于整定值t qy时，对电动机提供跳闸保护。

为防止PT断线误切电动机，本保护设置了当PT断线时瞬时闭锁欠压保护动作，PT断线逻辑见2.12。

其动作判据为：U max=max（U ab，U bc，U ca）＜U qyUt＞t qy欠压保护启动前，U max＞1.05U qy式中，U qy：低电压保护电压动作值（A）t qy：低电压保护动作时间（s）为了保证发电厂电气联锁的可靠进行，当母线无压、电动机无流、开关在合位，如果上面的动作判据无法启动低电压，则通过下面辅助判据启动低电压跳闸：＜5VUI max＜I e/8开关在合位t＞t qy欠压保护启动前，U max＞1.05U qy2.12. PT断线装置有PT断线检测功能，当发生PT断线时，瞬时闭锁欠压保护，并延时15S告警。

PT断线有可能是三相PT断线，此时特征是有流无压，其判据为：＜5VUI max＞I e/4PT断线有可能是单相或者二相PT断线，此时特征是不平衡电压较大，其判据为：U> 20VI max＞I e/4（U max－U min）/U max > 30%当电压恢复正常后，解除PT断线闭锁和告警。