采用REF541微机装置的电动机低电压保护原理及误跳闸事故的分析

采用REF541微机装置的电动机低电压保护原理

及误跳闸事故的分析

河南焦作中国铝业中州分公司生产部电力调度室 董建民 河南焦作中国铝业中州分公司检修分厂技术科 云凤丽

摘要：中国铝业中州分公司多个6kV高压配电室采用ABB公司生产的ZS1型中置式高压开关柜，并采用ABB公司的REF541作为其保护装置。根据生产的需要，6kV高压电动机直接接于6kV母线上。配电室在系统正常运行情况下，曾经发生多次高压电动机“低电压保护”信号动作，进而电动机跳闸的事故。本文结合对REF541综合自动化装置的保护逻辑的理解，对事故原因进行查找和分析，并提出改进的措施。 关键词：高压电动机、低电压跳闸、误动、低电压闭锁信号、电压监视模块

The protection principle of undervoltage and the analysis of accident trip for motor based on REF541 integrated automation devices

ABSTRACT: Many ZS1 switchgear panel and REF541 integrated automation devices are equipped in zhongzhou branch of CHALCO. According to demanding of production, 6kV motor is connected to 6kV bus bar directly. At electric power system be normal, several motor accident trip with “undervoltage” signal occurred ever. Based on introducing the basic principle of REF541, This paper raise the method to find fault reason and improving step.

我公司用于氧化铝生产焙烧系统供电的某6KV配电室，接线方式采用的是单母线分段。正常运行为两条进线各带一段母线，母联开关上设置的“备自投”自动装置投入的运行方式。其Ⅰ段母线上安装有用于1～4＃焙烧炉的高压电动机6台。该段母线的开关及保护设备配置为：开关柜采用的ABB的ZS1型，断路器为VD4，保护设备采用ABB的微机保护REF541。

1、事故经过：某日，对连接于该段母线上已经停电的一台变压器回路检修，并进行二次回路清扫检查；在清扫过程中6台高压电动机突然发生跳闸，造成氧化铝焙烧系统全部停产的重大事故。

紧急检查高压电动机保护跳闸的信号，发现全部为“低电压跳闸”；同时检查母线电压，这时发现电压互感器回路的二次侧空气断路器跳闸。询问检修工作人员得知，检修过程中曾经误用金属工具接触到电压小母线，造成电压小母线接地短路而使空气断路器跳闸。检查无误后，迅速恢复空气断路器开关，并通知生产系统尽快启动高压电动机，尽量减少生产的损失。

2、事故分析：事故引发的原因虽然很容易检查出来了，但是电压互感器回路的二次断路器跳闸是否应该造成高压电动机跳闸，我们仍然存在疑问。同时，为什么高压电动机低电压跳闸，而配电室的“备自投”自动装置没有动作，1＃进线为什么不发生跳闸？再者一个简单的失误却造成整个焙烧系统的全面停产，所有这些表明电气的设计原理或者施工方面必然存在缺陷，有必要进行全面的分析。

图一所示出为高压电动机低电压跳闸的保护构成逻辑图，由UV3Low保护模块（Three-phase undervoltage protection, low-set stage）和各种通用模块配合工作完成。其中PS1_4_HSPO1是REF541继电器输出的断路器跳闸接点，直接动作于VD4操动机构

的开关跳闸。

UV3LowU12U23U31PT_BROKENUL1_12UL2_23UL3_31BS1BS2TRIGGGROUPRESTESTARTTRIPSTATUS1STATUS2STATUS3ERR来自电流速断、电流过流及零序过流等跳闸信号 UV_TRIP（低电压跳闸）来自分闸命令等跳闸信号ORPS1_4_HSPO1跳闸输出接点OR图一 高压电动机低电压跳闸保护逻辑图

UV3Low保护模块的动作原理是：U12、U23和U31是三个线电压信号的模拟量输入，当三个输入的线电压中最低的一个低于整定值时，START状态被置为逻辑“1”保护起动，经过定时限或者反时限延时后，出口跳闸TRIP被置“1”而输出跳闸脉冲。

对于该模块定值的设定，我公司采用0.5s定时限保护，低电压整定值为70V。当在变压器回路的二次线路上工作时，电压小母线的短路造成空气断路器跳闸，使得UV3Low保护模块动作的电压条件满足。但是，在该模块中还存在一个BS1的输入条件在实际中得到了应用，该端子为逻辑“1”激活的二进制数字信号，是一个闭锁的信号（BS——Block signal）。当其为逻辑“1”时，低电压保护被闭锁，不允许发出保护启动和跳闸信号。其所接的信号正是“电压互感器回路断线信号”（PT_BROKEN），在PT二次侧断路器跳闸，该信号是否应该保持逻辑“1”，成为解决问题的关键。

“电压互感器回路断线信号”是由“状态监视功能”（condition monitoring function）中的母线电压监视模块CMVO3配合一个或门构成的，其动作原理逻辑图如图二所示。

CMVO3U12U23U31UL1_U12UL2_U23UL3_U31ERRBIO1_5_BI11ALARMORPT_BROKEN图二 电压互感器回路断线监视逻辑图

从图二中可以看出，PT二次空气断路器跳闸后，只要CMVO3的ALARM输出和

BIO1_5_BI11（BIO1_5_BI11的求反信号）的输入端子任何一个（或者两个同时）保

持逻辑“1”，那么PT_BROKEN信号就是逻辑“1”输出，就可以确保高压电动机在此情况下不发生误跳闸。

考察CMVO3模块的动作原理：该模块中设置了两个参数，即允许电压的高限值（High limit）和低限值（Low limit），一般使用额定电压±10％的数值作为高限值和低

限值参数。监视功能是通过对输入电压值的比较来实现的，如果所测量的其中一个（或两个）电压值超过设定的高限值，同时另外的两个（或者一个）低于低限值，经过延时后模块的ALARM被激活而变为逻辑“1”；当所有输入电压都低于低限值时，该模块监视功能将自动不可用；ALARM的报警输出在故障消除后将自动复位。该模块的基本原理如图三所示。

高限值U1高限值操作模式电压选择U2高限值≥1报警延时U3&报警测试电压选择低限值≥1低限值≥1报警(ALARM)低限值图三 电压监视报警模块原理图

在PT二次断路器跳闸后，该模块监视功能将自动关闭，因此该模块对PT_BROKEN的输出没有作用。再来看BIO1_5_BI11端子的输入，查看原理接线图可以知道，该端子为REF541背部端子板上X5.1/17、18号端子，其输入为引自PT柜的“电压闭锁信号”，该闭锁信号在PT柜上的接线如图四所示。

QTVX3105424S923X35292523QTVSM60.124X3248392QTVS04138X37图中：1、QTV－－电压互感器柜手车 S9－－运行位置限位开关 SM60.1－－电压互感器低压侧空气断路器辅助接点 S04－－电压互感器高压侧熔断器辅助接点2、X3／10和X3／7分别引至电源进线柜和高压电动机柜图四 电压互感器低电压闭锁信号

在PT低压侧空气断路器跳闸后，图四中的SM60.1应该是断开的。此时，BIO1_5_BI11采集到的是逻辑“0”信号，经过反相后，使得PT_BROKEN变为逻辑“1”信号，从而阻止电动机低电压误跳闸事故的发生。

需要说明的是，配电室自动装置“备用电源自动投入”中，在母线失电情况下，促

使该段母线的进线电源断路器跳闸的原理和电动机低电压保护原理是一致的。

电动机发生跳闸事故，而进线断路器没有动作，说明实际中接线存在故障。我们通过在现场检查二次接线发现，因为该段母线接有6台高压电动机，而PT开关柜的低电压闭锁信号只有一对接线引出，所以施工单位将该信号只接入了进线开关柜，没有再并联到其他电动机回路中。但是，在电动机回路中如果BIO1_5_BI11端子不接线的话，正常情况下也会预报出电压互感器回路断线的报警，所以施工单位采取了“瞒天过海”的方法，用一根短接线在电动机开关柜端子排上将该信号直接短接。去掉这根短接线后，该回路马上预报出“电压互感器回路断线”。也正是这根短接线，在实际是电压互感器回路断线的情况下，保护装置却判定为是母线失压的低电压信号，造成该配电室Ⅰ段母线所有高压电动机全部跳闸的事故。进线电源回路中因为接入了闭锁信号，所以备用电源自动投入装置没有启动。

3、事故改进措施：针对实际中接线的错误，我们制定了以下的应对措施：①从管理角度来说，加强试验人员工作责任心的教育和管理工作。对于在主回路已经停电的开关柜上进行工作，必须明确了解二次回路中哪些部分还是处于带电状态，避免小的疏忽造成大的事故。②在技术改进方面，一种方案是直接将PT回路的闭锁信号直接并接于所有电动机回路，即可避免误跳闸事故的发生。但是，这样的接线将极易造成各开关柜之间信号互相影响，同时各回路综自装置的开关量输入接口形成并联的情况，稍有不慎容易出现控制电源短路的事故。③采用在PT柜扩展接点的方法。在PT柜上安装一块微型继电器，将闭锁信号的接点进行扩展，继电器输出的无源接点再接至各电动机和进线开关柜，继电器可选用接点稍多一些的，以备后续发展的需要。最终采用第③种方法改进控制电路后，运行至目前已经半年时间，效果良好。

参考文献：

1、REF541，543，545 Protection, Monitoring and Control Technical Reference Manual，Version E/16.10.98,ABB公司

2、RE_54_ Three-Phase Under Voltage Protection, Low-Set Stage(UV3Low),High-Set Stage(UV3High)，Version C/10.97,ABB公司

3、Supervision function of the energizing voltage, input circuit,CMVO3, Version C/10.97,ABB公司 作者：董建民(dong jian min)（河南焦作中国铝业中州分公司电力调度室）、云凤丽(yun feng li)（河南焦作中国铝业中州分公司检修分厂）联系地址：河南焦作中国铝业中州分公司电力调度室 邮编：454174 电话：13839137918

中国铝业中州分公司电力调度室：Electric power control center, zhongzhou branch of CHALCO.

E-mail: dong_jianmin@zz.chalco.com.cn, dongjmin@126.com

简介：1、董建民：男，1989年毕业于中南工业大学工业自动化专业，2006年获得中南大学机电工

程专业工程硕士学位，高级工程师，多年来一直从事工业配电自动化的技术和管理工作。

2、云凤丽：女，1989年毕业于中南工业大学工业自动化专业，高级工程师，多年来一直从

事电力自动化的技术应用工作。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/965p.html