电机保护说明分析

1、电动机故障情况分析对于异步电动机来说 , 其故障形式主要分为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。低压电动机的各种保护方式：1）低压熔断起，近年来很少采用。2）不可调整的一次脱扣低压自动空气开关3）可分级调整的瞬时或短延时一次脱低压自动空气开关

2、单相接地保护4）装设可分级调整的瞬时或短延时一次脱扣自动空气开关带电流互感器的二次型机电保护5）带职能型保护的低压自动空气开关。低压电动机保护1） 电流速断保护作为电动机短路故障的主保护。一般按躲开电动机起动电流整定 , 并考虑一定的可靠系数。对于电磁型的一次脱扣器 :I opKrel Kst Imn1.87Imn12.6ImnKrel可靠系数，取 1.8Kst电动机启动倍数，取7Imn低压电动机额定电流动作时间：top0s对于智能型保护的自动空气开关:I opKrel Kst ImnKrel可靠系数，取 1.5Kst电动机启动倍数，取6 8Imn低压电动机额定电流动作时间：top0s对于二次

3、型保护：I opKrel Kst Imn / nTArel可靠系数，反时限电流速断元件取，型电流元件取1.51.8 DLKKst电动机启动倍数，取 6 8Imn低压电动机额定电流nTATA 变比灵敏度为：(2)K Ik 2 Iop(2)Ik电动机入口处两相短路电流2） 长延时电流（ 1） 电流定值：躲过电动机额定电流或正常最大负荷电流：I rlK relI MNK rel可靠系数，取 1.3 1.5I MN电动机额定电流（ 2） 时间定值topK rel tstK rel可靠系数，取 1.2 1.5tst 电 动 机 最 长 启 动 时 间对于反时限特性继电器，根据曲线特性进行整定。3） 单相

4、接地零序过电流保护：对于 400V单相接地电流很大，低压电动机单相接地时灵敏度足够，一般按照经验公式，取：3I op.set(0.05 0.15)I MNI MN低压电动机一次额定电流当电动机容量较大时 ;取（ 0.05 0.075）I MN当电动机容量较小时;取（0.75）MN 0.15 I动作时间 tst0s灵敏度为：(1)IkK23Iop.setI (2)电动机入口处单相短路电流k4） 电动机低电压保护（ 1） 为保证重要电动机自起动，必要时需加装 0.5 延时切除的 II ， III 类电动机低电压保护，其动作定值：U op(0.6 0.7)U Ntop0.5s（ 2） 生产工艺不允许

5、在电动机完全停运后突然来电自起动的电动机，根据生产工艺要求加装延时 9s 的低电压保护切除这些电动机，其动作定值：U op(0.4 0.45)U Ntop9s低压馈线（ MCC电源）保护1）相电流速断电流定值按躲过馈线末端短路计算，一次动作电流为：IopKrel I K. f maxKrelk 可靠系数，取1.2 1.3I K . f max馈线末端短路时的最大短路电流动作时间为 0s灵敏度为：I k(2)K2IopIk(2)电缆始端两相短路电流2）短延时（1） 按与 MCC母线上所连设备最大速断电流配合计算，即：IopKrel I K. f maxKrelk 可靠系数，取1.2I K . f

6、 maxMCC 上所连设备最大速断动作电流（2） 躲过 MCC上成组自起动电动机起动电流之和IopKrel I stKrelI stk 可靠系数，取 1.2MCC 上最大自启动电流（3） 动作时间取需配合动作设备的最大动作时间一个时间级差，时间级差一般取 0.3s3) 长延时作为过负荷保护，按电流躲过可能最大的负荷电流或电缆允许电流计算（ 1） 按照躲过最大负荷电流计算IopKrel I L. NKrelk 可靠系数，取 1.2 1.3I L.N最大负荷电流（ 2） 按电缆允许电流计算IopKrel IalKrel可靠系数，取 09 1Ial电缆允许安全电流（ 3） 时间定值根据继电器特性整定

7、，在保证电缆安全情况下尽量采用较长时间3）单相接地零序电流保护（1） 躲过正常最大不平衡电流Iop0.25I L .maxI L.max最大负荷电流（2） 按与下一级最大相电流速断动作电流配合IopKrel Iop.maxKrelk 可靠系数，取 1.2 1.5Iop.maxMCC 上设备最大速断电流（3）动作时间取需配合动作设备的最大动作时间一个时间级差，时间级差一般取 0.3s（4）灵敏度(1)KIk1.5 2IopIk(2)电缆末端单相短路电流高压电动机1）比率制动纵差保护IdId.op.qu213II res.minI res1比率制动差动保护的动作特性2差动电流速断保护动作特性3外部

8、短路不平衡电流曲线Id差动保护差动电流I res差动保护制动电流Id. op.min 差动保护最小动作电流I res.min差动保护最小制动电流Id. op.qu差动保护的差动速断电流1） Id.op.min ，按照经验公式：Id. op.min(0.3 0.4)I M .N / nTA(0.3 0.4)Im.nI M .N电动机额定电流2） I res.minId. op.min0.8I M .N / nTA0.8I m.nI M .N电动机额定电流3）制动斜率，根据经验公式：Kres0.4 0.54） I I(4 5)I m. n2）相电流速断保护动作判据 1I maxI op.h 电动机

9、启动过程中电动机启动结束后.opmaxlIIttopI max最大相电流定值I op.h动作电流高值I op.l动作电流低值t op动作时间保护动作判据 2I maxI opKI op.set 电动机启动过程中tt op电动机启动结束I max最大相电流定值Iop速断动作电流Iop.set速断动作电流整定值K电动机启动时动作电流倍数，一般取12整定计算：（ 1）动作电流高值 Iop.h 的计算，按躲过电动机最大起动电流Iop.hKrel Kst I mnKrel可靠系数取 1.5Kst电动机启动电流倍数（在68 之间）Imn电动机额定二次电流对于 Kst 应按照实测数值确定，如无实测值对于直接

10、起动的异步电动机一般取 Kst78 ；对于串励调速或变频调速的电动机一般取Kst45 ，一般取5按 Kst7 计算的高值I op.hKrel Kst Imn1.57Imn10.5Imn ，取Iop.h(10.5 12)I mn（ 2）动作电流低定值Iop.l 的计算a躲过电动机自起动电流，指厂用电切换或母线出口短路切除后，厂用电恢复过程中电动机的电流，按经验值或实测值确定，即：Iop.lKrelK astI mn6.5ImnKrel可靠系数取 1.3Kast电动机自启动电流倍数，一般取5b. 按躲过区外出口短路时电动机的最大反馈电流计算，厂用电母线出口三相短路时，根据以往的实测，电动机反馈电流

11、的暂态值为5.86.9 ，考虑保护固有动作时间为 0.040.06s ，以及反馈电流的衰减，取K fb 6 计算：Iop.lKrel K fbI mn 7.8Imnrel可靠系数取1.3KK fb区外故障最大反馈电流倍数，一般取 6根据以上分析，对于电流定值取值如下：对于直接起动的电动机：相电流速断高值 I相电流速断低值 Iop.h(10.5 12)Imnop.l(7.8 8)I mn对于串励调速或变频调速起动的电动机Iop.hIop.l(10.5 12)I mnc. 电动机起动时电流倍数K 的取值Iop.setI op.lKIop.hI op.l负序过电流保护当电动机三相电流不对成时将产生负

12、序电流 I2 ，当电动机一次回路中的一相断线，电动机一相或两相绕组匝间短路，电动机电源相序接反等出现很大负序电流时，负序电流保护（不平衡电流保护）动作延时切除故障1）整定计算 1（1）电流值，电动机两相运行时应可靠动作，根据运行经验：a. 电动机在 70额定有功两相运行时，电动机二次线电流约为 1.3Imn ，取按负序灵敏度为 1.25 计算，则：1.3I mn0.6ImnI2.op1.253b. 电动机在 58额定功率两相运行时，曾测得电动机二次线电流为Imn ，则：ImnI2.op0.46Imn3 1.25考虑到电动机两相运行时，负序过电流保护可靠动作，此外在较小负序电流时候，过热保护也能

13、动作，一般采取：I2.op(0.3 0.6)I mn正常运行时电动机负荷电流接近满负荷时，取0.5 ；负荷较小时取 0.3c. 动作时间躲过区外故障最长切除时间Ttop.maxttop.max切除区外故障保护动作最长时间t时间级差，取 0.4s（2）整定计算 2a. 负序 I 段，躲过区外不对称短路电动机负序反馈电流和电动机起动时出现的暂态二次负序电流，以及保证电动机在较大负荷两相运行和电动机内部不对称短路有足够的灵敏度综合考虑电流值，经验公式：I2.op(0.6 1)I mn动作时间： T(0.5 1)sb. 负序 II段躲过正常运行时负序电流，以及保证电动机在较小负荷两相运行有足够的灵敏度

14、综合考虑及对电动机定子绕组匝间短路有保护功能考虑动作电流，按经验公式I2.op(0.15 0.3)Imn动作时间，大于电动机起动电流，T(10 25)s单相接地零序电流保护1中性点不接地单相接地保护1）按躲过区外单相接地时流过保护安装处单相接地电流计算1)3I0.op.set Krel Ik (1)3IcI krel可靠系数，动作于信号时取动作于跳闸时取2.522.5, 3K(1)单相接地电流I kI c单相电容电流2）动作时间整定值与作用方式（1）当单相接地电流 >=10A时，保护动作于跳闸，动作整定值为 0.51s(2) 当单相接地电流 <10A时，对于 300MW及以上机组，

15、根据计算，如能满足选择性和灵敏性要求时，建议动作于跳闸，时间整定为 0.51（3）单相接地电流小于 10A，如满足第 2 条规定，动作于信号，时间取 0s2中性点经小电阻接地躲过区外单相接地以及电动机起动时零序不平衡电流，一般取经验公式：3I(0.05 0.1)I MN时间整定为 0s过热保护过热是引起电动机损坏的重要原因 , 特别是转子因负序电流产生的过热。一般所采用的发热模型如下：IegK1I1K2I2Ieg热等效电流I1电动机正序电流I2电动机负序电流K1正序电流在发热模型中热效应系数，启动时间内取 0.5，启动后取 1 K1负序电流在发热模型中热效应系数，一般取 62222电动机积累过

16、热量 t I eg(1.05I mn ) dtIeg(1.05I mn ) t0T2I* mn The电动及允许过热量 The电动机允许的发热时间常数Imn*电动机额定二次电流相对值电动机积累过热程度T过热保护动作判据：1）电动机无热积累。当0或 0时，即Ieg时 ，表明1.05电动机达到热平衡，无积累过热量。2）过热报警值aa0.7 时，发过热报警信号。3）过热保护出口动作判据，当T或100时，电T动机达到热极限，出口。4）过热保护出口动作时间，当电动机热平衡被破坏，Ieg1.05 时，由0 到1的时间为过热保护动作时间，即：Thetop( I eg )21.052Imn5）过热保护动作后闭

17、锁再起动解除判据，当电动机过热保护跳闸后，过热保护积累热量程度和电动机温度以散热时间常数Teh 按指数规律同步衰减，当衰减到50% 时，保护出口返回，解除再起动闭锁，允许电动机再次合闸起动，所以过热保护再起动解除判据为art50%整定计算1）发热时间常数整定值 The. set ，电动机发热时间常数 The 由电动机厂家提供，如果没有提供则按以下方法计算a按电动机过负荷能力进行估算。由电动机厂家提供的电动机过负荷能力，如果过负荷电流倍数 I * 时允许的运行时间为 tal ，则：The(I *21.052 )tal*1.522，如有若干若 I时，允许时间 t 420s，则 The (1.51.

18、05 ) 420 480s过负荷能力数据，则取 The 最小值作为整定发热时间常数。b根据电动机运行归程估算。当 tst15s 时，电动机从冷态起动到满速起动连续允许2 次，热态停运后允许再起动一次。当 tst15s 时，冷态起动允许 1 次，再次起动必须间隔 30min，热态停运再次起动也必须间隔 30min。由此对于一些起动时间较长的电动机，如电动给水泵，送风机，引风机，一次风机，循环水泵，磨煤机等可按起动时间tst15s，冷态起动 2 次或热态起动 1次估算，起动电流按实测起动过程中的平均值计算。按冷态起动 2 次计算：*2I st电动机实测启动tIKT电流K1正序电流在发热模型中的热效

19、应系数（启动时间内为0.5）tst电动机启动时间按热态起动一次The (K1I st*221.05 )tstI st电动机实测启动电流K1正序电流在发热模型中的热效应系数（取启动结束后1）tst电动机启动时间例：测得引风机在起动过程中平均起动电流215s 则：I st 6，tstThe*22225072(K1I st1.05 )tst2(0.5 6 1.05 )15The(K1I st*21.052 )tst(62 1.052 )15523则取 The 为 500sc按电动机允许起动电流和允许起动时间计算，即：The (K I st.al*2 1.052 )tst.alI st.al允许启动电

20、流倍数（如）6tst.al 允许启动时间（如30s）K系数，取 0.5对于上例，计算的 The 508s2）散热时间 Teh.set 计算，一般按以下原则：a一般电动机 Teh. set30minb容量超过 5000kW的电动机，如电动给水泵，Teh.set45min3）电动机起动时间 tst.set 计算，为保证电动机可靠起动，取：tst.set(1.2 1.5)tst.maxtst.max电动机最长启动时间各电动机起动时间最好以实际测量为主，有文献提供如下试验数据：循泵给水引风送风排粉磨煤凝一般电机泵机机机机泵tst.max202020151520654）过热报警值a ，取 0.75）过热

21、保护动作后闭锁再起动解除整定值，art50%6）电动机散热时间倍率系数 Kc ， Kc电动机散热时间常数，一般取 4电动机发热时间常数长起动及正序过电流保护：长起动保护为起动过程中电动机堵转或重载起动时间过长。电动机起动超过允许的起动时间，电动机启动失败，长起动保护出口跳闸，如电动机启动正常则，启动结束后长启动保护转为正常正序过电流保护（一般为电动机过负荷保护）整定计算：1长起动保护1）电流定值 I st.n ， I st.nKst.nImn67Kst.n电动机额定起动电流倍数，一般取2）时间定值 t st.set ， tst.set (1.2 1.5)t st.max ，对于起动时间较长的电

22、动机一般取 30s2正序过电流保护1）电流定值 II1.op.setKImnrel或 IK rel I L .maxKrel可靠系数，一般取1.3 1.5I L.max电动机正常可能最大负荷电流2）时间定值 t ，按电动机允许过负荷时间内保证电动机安全运行计算，一般可取 30 60s电动机低电压保护 :1为保证重要电动机自起动，必要时需加装 0.5 延时切除的 II ，III类电动机低电压保护，其动作定值：U op(0.65 0.7)U Ntop0.5s2生产工艺不允许在电动机完全停运后突然来电自起动的电动机，根据生产工艺要求加装延时 9s 的低电压保护切除这些电动机，其动作定值：U op(0

23、.4 0.45)U Ntop9s高压厂用馈线继电保护整定计算：对于电缆长度不超过 1km的，可采用电缆差动保护定时限过电流保护；超过 1km的采用两段式过流，电压保护或一段短延时定时限保护。1电缆纵差保护整定计算IdI213II res.minI res1比率制动差动保护的动作特性2差动电流速断保护动作特性3外部短路不平衡电流曲线Id差动保护差动电流I res差动保护制动电流Id. op.min 差动保护最小动作电流I res.min差动保护最小制动电流Id. op.qu差动保护的差动速断电流1） I ，按照经验公式：Id. op.min(0.8 1)I n2） I res.minI res.

24、min(0.8 1)I n3）制动斜率，根据经验公式：Kres0.54） II d.op.qu(0.3 0.4)I(3)k. max(3)电缆末端最大三相短路电流二次值Ik.maxKsenI k(2)1.5Id.op5）灵敏度 I d.op1(3)I res.min )，差动保护动作电流Id .op.min Krel ( I k.maxI k(2)2电缆末端最小两相短路二次值2瞬时动作电流电压保护1）电流速断保护 I op 按躲过电缆末端三相短路电流计算(动作电流 I opKrel I K.3)f(3)灵敏度 K2()sen0.866I K .i2I opK rel可靠系数，一般取1.2 1.25(3)I K . f电缆末端三相短路二次最大电流(3)I K .i 电缆末端三相短路二次最小电流K sen2()电缆始端两相短路灵敏度2）由于厂用电缆阻抗很小，很难满足灵敏度要求，则此时考虑电流闭锁电压速断保护此时电流元件按电缆末端有足够灵敏度而电压元件按照躲过电缆末端三相短路计算动作电流标么值 I op( 2)2()I K f/ Ksen.电压动作标么值 U*opZLKrel (X S X L )rel可靠系数，一般取1.2 1.25K(3)电缆末端三相短路二次最大电流I K . f(3)I K .i 电缆末端三