企业培训_电动机保护培训教材

电动机保护培训 二 五年九月 1 概述 电动机保护概述 电动机保护的发展主要经历了以下几个阶段 以熔断器 接触器和热继电器构成的保护 由晶体管型发展至集成电路型的电子式保护 采用了微机技术的微机电动机保护 电动机故障情况分析 电动机故障和异常运行状态主要有 定子绕组相间短路故障 包括供电电缆的相间短路故障 定子绕组匝间短路故障 定子绕组单相接地故障 包括供电电缆的单相接地故障 异步电动机起动时间过长 电动机运行过程中三相电流不平衡或运行过程中发生一相断线 电动机故障情况分析 运行过程中电动机发生堵转 电动机机械过负荷 供电电压降低和频率降低引起异步电动机过负荷 供电给电动机的电压过低或过高 运行中电动机轴承温度过高以及转子鼠笼断条等 对同步电动机来说 还有失步 失磁故障以及非同步冲击等 电动机故障情况分析 故障形式主要在绕组损坏和轴承损坏两方面造成绕组损坏的主要原因有 1 由于电源电压太低使得电动机不能顺利启动 或者短时间内重复启动 使得电动机因长时间的大启动电流而过热 2 长期受电 热 机械或化学作用 使绕组绝缘老化和损坏 形成相间或对地短路 3 因机械故障造成电动机转子堵转 4 三相电源电压不平衡或波动太大 或者电动机断相运行 5 冷却系统故障或环境温度过高 电动机故障情况分析 造成电动机轴承损坏的原因主要是 1 机械负荷过大或振动太大 2 使用润滑剂不合适 缺少润滑油甚至无油 3 环境恶劣 如多尘 腐蚀性气体等 4 绕组温度过高 热量传至轴承 致使轴承烧损 电动机保护 针对异步电动机可能发生的故障及异常运行工况 一般配置以下保护功能 差动保护过热保护过流保护过负荷保护负序过流保护接地保护堵转保护低电压保护针对同步电动机 还需配置 失磁失步保护非同步冲击保护 2 差动保护 电动机差动TA饱和问题 以往认为 电动机差动两侧TA同型 误差较小 电动机启动时电流倍数 倍 一次电流完全相同 二次不平衡差流小 实际情况 电动机差动TA尽管同型 但两侧电缆长度差别很大 中性点侧电缆最长达到 km 且有时TA不是真正同型TA 电动机启动时电流倍数尽管小 但在启动时间较长及非周期分量的影响下 TA特性变差 结果 导致TA暂态不一致或TA饱和 不平衡差流增大 差动保护屡有误动发生 电动机起动过程分析 电动机自起动过程分析 某高压电动机额定电流4 1A 电动机起动过程分析 机端CT电流波形分析 CT未饱和 电动机起动过程分析 中性点CT电流波形分析 CT饱和 电动机起动过程分析 差流波形分析 中性点侧CT饱和 电动机启动过程分析 从电动机启动时录波图分析可知 1 差动不平衡电流较大 最大可以接近启动电流 2 不平衡差流是变化的 峰值变化时大时小 3 差流表现为 波形畸变 谐波含量高 因此 差动保护必须考虑暂态不平衡差流 防止电动机启动过程中的误动 电动机纵差动保护 常规比率差动保护原理 差动保护 常用提高差动保护可靠性的方法小延时 在电动机启动开始瞬间 为防止差动保护误动 增加60 100ms延时 定值自动加倍 在电动机启动过程中 将差动保护起动值和比率制动系数加倍 缺点 在电动机自启动时 因不能可靠识别启动 方法失效 仍会导致差动误动 电动机纵差动保护 双比率差动保护原理 差动保护 双比率差动保护工作原理正常运行时 两套比率差动同时工作 电动机启动时 出现差流 判别差流波形 闭锁比率差动 高值比率差动仍然正常工作 电动机启动过程中 发生故障 判别差流波形 开放比率差动 灵敏度不受影响 比率差动整定 差动起动电流按躲过电动机正常运行时差动回路最大不平衡差流整定 一般情况下取0 2 0 4In比率制动系数按躲过电动机最大起动电流下差动回路不平衡电流整定 一般在0 3 0 4间 比率差动保护一般要求灵敏度大于 差动速断整定 差动速断定值按躲过电动机起动瞬间最大不平衡电流条件整定 电动机差动速断推荐整定范围为3 6Ie 建议整定4Ie 对于一侧电缆非常长的情况 建议整为6Ie 要求电动机机端两相短路时灵敏系数大于1 2 3 过流 速断 保护 过流保护 过流保护一般分两段 I段 速断保护 要求能躲过起动电流 II段 过流保护 在电动机起动完毕后自动投入 过流II段应能躲过电动机自起动和区外出口故障时电动机最大反馈电流 过流保护整定 电流速断保护 过流I段 按躲过电动机最大起动电流的原则整定 电动机起动电流一般在6 8倍的额定电流 式中可靠系数取1 5 为起动电流倍数 过流保护整定 过流 段保护整定 当采用FC回路时只需考虑躲过电动机自起动电流 可靠系数取1 3 电动机自起动系数 一般为5 整定为6 5倍的额定电流 当采用真空断路器时则需考虑躲过电动机自起动电流的同时 还需考虑躲过区外出口故障时最大反馈电流 一般整为7 8倍的额定电流 过流保护整定 电流定值翻倍的问题 按过流保护定值整定 电动机启动时定值自动翻倍 优点 一段过流保护实现了保护 缺点 1 按躲过启动电流的一半整定 在自启动时可能躲不过 2 按躲过自启动电流整定 在启动过程中定值翻倍 定值偏高 4 负序过流保护 负序过流保护 负序电流保护作为电动机不对称短路 断相 反相 匝间短路 供电电压较大不平衡时的保护两段负序过流保护可选择使用一般 非常 极端反时限特性 负序过流保护整定 两段式负序电流 负序过流 段定值I2zd1的推荐整定范围为0 6 1 2Ie Ie为电动机额定电流 典型地I2zd1取Ie比较合适 负序过流 段作为灵敏的不平衡电流保护 躲开正常运行的最大负序电流 典型地I2zd2取0 35Ie比较合适 负序过流保护整定 负序过流保护 时限与该电压级相间短路故障后备保护动作时间配合整定 一般取1 s 反时限特性 根据国际电工委员会标准 IEC255 4 和英国标准规范 BS142 1966 的规定 有三种标准的反时限特性方程 一般反时限特性 非常反时限特性 极端反时限特性 负序反时限 一般情况下 电动机保护常采用标准反时限特性方程中的极端反时限特性方程 extremeIDMT Ip为电流基准值 取负序过流 段定值I2zd2 tp为时间常数 取负序过流 段时间定值T2zd2 范围为0 1S 反时限特性 一般反时限特性曲线 反时限特性 非常反时限特性曲线 反时限特性 极端反时限特性曲线 5 堵转保护 堵转保护 电动机起动过程中或运行中发生堵转 电动机电流急剧增大 容易烧毁电动机 因此设置堵转保护 堵转保护作用于跳闸 1 当不引入转速开关触点的堵转保护时 在电动机起动结束后自动投入 在起动过程中发生堵转 由起动时间过长保护起堵转保护作用 2 当引入转速开关触点时 转速开关触点成了堵转保护动作条件之一 堵转保护 不引入转速开关接点 动作电流一般整定为1 3 1 5Ie 动作时间整定为1 2倍的电动机实测最长启动时间 引入转速开关接点 动作电流一般整定为1 Ie 动作时间整定为 8倍的电动机实测最长启动时间 堵转保护 堵转保护可以由其他保护兼顾 过负荷保护 热过负荷保护 过流保护 6 热过负荷保护 过热保护 过热保护主要是为了防止由过负荷 不对称过负荷 定子断线等引起的电动机过热 也作为电动机短路 起动时间过长 堵转等其它故障的后备保护 过热保护设有过热告警 过热跳闸 过热禁止再起动 过热保护 电动机过热保护通过设置了一个模拟电动机发热的模型来实现 综合计及了电动机正序电流和负序电流的热效应 引入了反映上述发热效应的 等效电流 Ieq 其表达式为 式中K1 0 5 防止电动机正常起动中保护误动 在整定的起动时间Tqd以后 K1 1 0K2 3 10 一般可取为6 过热保护 保护动作方程1 式中 电动机热积累定值 即发热时间常数 过热保护整定 发热时间常数HEAT由电动机厂家提供 如果厂家没有提供 可考虑按下述方法整定 1 如果厂家提供了电动机的热限曲线或一组过负荷能力的数字 则可根据式求出一组 后取较小的值作为HEAT 过热保护整定 2 根据下式来得到HEAT 式中 为电动机的额定温升 K为启动电流倍数 为电动机的启动时的温升 为电动机启动时间Tqd 定值 过热保护整定 散热时间常数可单独整定 一般取30min 电动给水泵可取45min 一般情况下散热时间常数是发热时间常数的4倍 在需要电动机紧急启动的情况下 可通过热复归清除热积累 过热 堵转 过流保护整定的相互配合 7 过负荷保护 过负荷保护 过负荷保护反应定子电流的大小 可以反映电动机过负荷 启动时间过长 堵转等工况 过负荷保护一般动作于信号 也可选择跳闸 动作电流按躲过电动机额定电流下可靠返回条件整定 动作时限一般取最长启动时间 8 接地保护 接地保护 反应电动机定子接地的零序过流保护 可选择为报警或跳闸 以供不同场合使用 接地保护应能够躲过电动机启动时零序不平衡电流和区外单相接地的影响 为了提高可靠性 防止在电动机较大的启动电流下产生的零序不平衡电流引起保护误动作 零序保护可采用相电流比率制动原理 9 低电压保护 低电压保护 当供电电压降低或供电短时中断后 为防止电动机自起动时使供电电压进一步降低 以致造成重要电动机自起动困难 所以在一些次要电动机或不需要自起动的电动机上装设低电压保护 保护动作后跳开电动机 低电压保护 低电压保护一般设两段 1 I段动作电压为65 70 Un 延时0 5s 2 II段动作电压为45 50 Un 延时6 9s吸风机不装设低电压保护低电压保护有时配置在PT综合保护装置中 低电压保护整定 10 测控功能 测控功能 遥信开入采集 装置遥信变位 事故遥信 正常断路器遥控分合 P Q IA IC COS 等模拟量的遥测 电流测量精度 0 2级功率测量精度 0 5级开关事故分合次数统计及事件SOE等 11 通讯功能 通讯功能 通讯接口RS485接口LonWork网络WorldFip网络以太网通讯协议IEC60870 5 103 与ECS通讯ModBus 与DCS通讯 通讯功能 装置对时采用软件对时