十二REM543保护装置在同步电机上的应用概要.docx
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十二REM543保护装置在同步电机上的应用概要
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：
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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2
绪论3
一、REM543功能说明3
1.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3
2.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5
1.一次设备组成5
2.一次设备基本参数5
3.同步机启动过程6
4.保护的投入6
三、REM543差动保护在同步机上的应用6
1对自耦变压器电流向量关系的误区6
2.对上述观点的纠正8
3.对公式的推论9
四、本机差动保护原理分析9
1.同步机从启动到稳定运行一次系统电流向量分析9
2.REM543差动保护设置分析9
3.利用相量分析发实现REM543差动保护的接线实例10
5.本厂同步机差动保护（Diff6G）定值12
6.综保差动保护参数设定菜单13
（1）模块的快速设置13
（2）功能调试15
（3）带电调试15
（4）倒相注意问题15
五、REM543综保电机差动保护调试应用小结16
六、结束语：
16
参考文献16
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1-2
2.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2-1
2.一次设备基本参数
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,PF0.97；CT型号，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
5ATT01
QOSG-50000/
10/50000KVA
10000
2887/2540/2194
Y,aO
额定起动时间
冷却方式
二次电压（V）
二次电流（A）
额定频率
55S
AN
8500/8000/7500
3396/3175/2825
50HZ
表-1
3.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100mA的差动电流，保护马上启动0S跳闸。
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，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3-4
2.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3-6
3.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I1、I2、I3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-I3）=0……[2]
I1-（-I2+I3）=0……[3]
对应二次电流相量解析式为：
i1+（i2-i3）=0……[4]i1-（-i2+i3）=0……[5]
相量关系式[4][5]可以通过综保来实现。
在主电路无故障情况下，公式[4][5]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[2][3]不再成立，对应的相量解析式[4][5]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，TYPEⅠ对输入的两个电流向量求和，计算结果为零。
其二，TYPEⅡ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TYPEⅠ模式，要求进入综保的两个电流相量是反极性的，对于TYPEⅡ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TYPEI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TYPEⅡ设置对应接线：
根据推论公式I1-（-I2+I3）=0……[3]
i1-（-i2+i3）=0……[5]
i1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4-4
5.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startratio=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，可以对功能控制块进行设置。
<1>与综保内TYPEI设置
MANMENU
Status
Protection→diff6g→actualsetting
Controlmotstartsetinggroup1→basicsetting=10%
Cond.monitnef1lowsetinggroup2settingratio=35%
Measurementnoc3lowcontrolsettingturnpoint1=0.2*In
Communicationnoc3highinputdata1turnpoint2=2.0In
Generalfuncnoc3instinputdata2instsetting=10*In
Testsnpslowoutputdata
Informationuv3highrecordeddata1a
Configurationuv3lowrecordeddata1b
recordeddata2a
recordeddata2b
recordeddata3a
recordeddata3b
Controlsetting→diff6g=Inuse
Groupselection=group1
Activegroup=group1
Tripsiglal=latching
Trippulse=40ms
Cbfptimes=0100ms
CTconnection=typeⅠ
Testtrip=donotactive
Testcbfp=donotactive
<2>与综保内TYPEⅡ设置
MANMENU
Status
Protection→diff6g→actualsetting
Controlmotstartsetinggroup1→basicsetting=10%
Cond.monitnef1lowsetinggroup2settingratio=35%
Measurementnoc3lowcontrolsettingturnpoint1=0.2*In
Communicationnoc3highinputdata1turnpoint2=2.0In
Generalfuncnoc3instinputdata2instsetting=10*In
Testsnpslowoutputdata
Informationuv3highrecordeddata1a
Configurationuv3lowrecordeddata1b
recordeddata2a
recordeddata2b
recordeddata3a
recordeddata3b
Controlsetting→diff6g=Inuse
Groupselection=group1
Activegroup=group1
Tripsiglal=latching
Trippulse=40ms
Cbfptimes=0100ms
CTconnection=typeⅡ
Testtrip=donotactive
Testcbfp=donotactive
（2）功能调试
a、二次导线加入试验电流，进入菜单inputdata查电流极性，进入综保菜单，查inputdata显如下所示：
Inputdata1
CurrentIl1=****IncurrentIl2=****IncurrentIl3=****In
CurrentIl1b=****IncurrentIl2b=****IncurrentIl3b=****In
CurrentId1=***IncurrentId2=***IncurrentId3=***In
CurrentIb1=****IncurrentIb2=****IncurrentIb3=****In
Inputdata2
AngleIl1-Il2=***angleIl2-Il3=***angleIl3-Il1=***
AngleIl1b-Il2b=**angleIl2b-Il3b=***angleIl3b-Il1b=***
AngleIl1-Il1b=***angleIl1-Il2b=***angleIl3-Il3b=***
inputbs1=notactive
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Inputdata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：
recorddata1
date=***-***-***
Time1
Recordeddata1
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。
因为此时相序发生了变化。
应保证CT二次接线与一次线相对应，故被倒相的相线所接CT二次必须相应的换相，以保证差动保护不会误动作。
（5）应用效果
自从应用相量分析法进行电机差动保护分析，3#、4#、5#机组调试时间得到大量节省。
原本将近半个月调试时间被压缩到三天，效率大大提高。
为早日投料生产创造了条件，取得了良好经济效益和社会效益。
五、REM543综保电机差动保护调试应用小结
同步机保护中，对于以电流为启动量的保护方案，差动保护的设定调整必须先行调试。
这是其它电流保护（过流、速断）的基础。
调试注意事项：
a、一个电气设备差动保护的投入首先明确该设备工作原理。
b、明确差动保护范围，CT安装的位置，应保证CT选型一致。
c、对整套设备整个工作过程进行电流向量分析。
d、掌握每个电流采集点CT二次端子电流极性。
e、掌握综保内部设置模式，端子极性。
f、CT二次接线连线形式满足综保设置要求。
g、如有电缆倒相，相对应的CT二次线必须倒相。
六、结束语：
差动保护在大型电气设备上应用广泛，本文就相量分析法在ABB公司REM543综合保护器电机差动保护上的应用进行了介绍，实践证明：
只要在调试前搞清一次系统电流向量关系，弄清CT极性以及综保端子极性要求和内部设置模式、计算方法，差动保护是不难调试的。
设置好差动保护，是确保整套设备联调成功的基础。
差动保护在现代工业设备诸如高炉风机、电厂发电机、变电站主变压器上都有应用，在安装调试中可能会遇到本文所述类似问题。
希望能通过本文的介绍对从事电气工作的同仁起到一定借鉴作用。
由于本人水平所限，文中难免有误，衷心接受专家批评和指正。
参考文献
1.《REM543电动机保护,监视与控制技术参考手册》，ABB公司2003年3月.
2.《电力系统继电保护原理》天津大学贺家李宋从矩合编中国电力出版社1994年1月第三版.
3.《电机学》李发海朱东起编著科学出版社2001年1月第三版.
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