电动机保护装置的应用

周广耀

河南开祥化工有限公司河南472300

摘要：电动机在工业控制领域具有举足轻重的地位，堵转、重负载等故障会对电动机造成不可逆转的损害。而传统的热继电器保护由于反应速度较慢，不适用于对频繁起动、工作时间较短的电动机进行保护。随着微机继电保护的应用，其快速准确的计算性能、强大的存储及网络功能，为电动机保护提供许多常规继电保护无法完成的功能。

关键词：电动机；保护装置；应用

1引言

现在国内的电动机微机保护装置一般都采用高性能16位单片机作控制器，计算速度快，保护功能齐全，动作可靠；所有定值均可通过面盘整定，中文液晶显示，界面简洁友好；具有多种电动机启动控制方式，可以实现电动机就地/远方的启停控制。配有RS-485或CAN通讯接口，所有保护动作信息、测量信息等均可通过RS-485通讯网或CAN网上传到后台计算机监控系统；综合管理单元还可以选配4-20mA直流输出、漏电流保护以及电动机温度测量等功能，为电动机提供更完善的测量手段和保护功能，并为增安型电动机提供可靠的tE时间保护。

2电动机微机保护装置的功能

2.1电动机的控制功能

国内的微机综合保护装置品牌很多，大多数用户可以通过面板上的“就地/远方”选择开关选择对电动机的控制方式。在“就地”控制方式下，通过面板上的“启动Ⅰ”、“启动Ⅱ”和“停止”按键对电动机进行启停控制（必须在装置的主循环显示界面下进行操作）。在“远方”控制方式下，面板“启动Ⅰ”、“启动Ⅱ”和“停止”按键操作无效，此时，可以选择综合管理单元菜单中的“远方控制方式”，分别通过DCS端子输入或通讯对电动机进行控制。综合管理单元若有保护动作或相关的保护动作信号未复归，大多品牌的微机保护装置会禁止所有的控制功能。

2.1.1直接启动

控制交流接触器将交流电直接送入电动机进行启动。

2.1.2双向启动

通过两个交流接触器改变电动机交流电输入的相序，从而改变电动机的正转和反转启动。

2.1.3双速启动

采用两个交流接触器控制，通过改变绕组的接法来改变电动机的极数，以实现双速电动机高速和低速启动。

2.1.4降压启动

（1）电阻降压启动

（2）星-三角启动

（3）自耦变压器启动

（4）支持与软启动器配合启动电动机

（5）支持与变频器配合实现电动机多段速度控制

2.1.5上电自动重启动控制

（1）上电自启动模式设定为恢复，当电源从掉电到有电时，若掉电前电动机处于运行状态，并且掉电时间没超过3秒（可根据用户需求设计，标准为3秒，最大可为10秒），则重新启动电动机，若掉电前电动机处于停车状态，则综合管理单元通电后不启动电动机。

（2）上电自启动模式设定为启动，当电源从掉电到有电时，不管综合管理单元掉电前电动机处于什么状态，都启动电动机。上电自动重启动控制功能的应用场合较为严格，一般将该功能退出。当“就地/远方”选择开关在“就地”位置时，上电自启动控制功能将被禁止。在综合管理单元失电后，如果用户需要综合管理单元重新上电时不自动重启动电动机，可以将“就地/远方”拨到“就地”位置后再上电，此时综合管理单元放弃自动重启动。

2.1.6欠电压/失压重启动控制

电动机因欠电压保护停车或失压停车后，如果电压重新恢复正常，综合管理单元将根据情况重新启动电动机，这个功能也不建议大面积应用，如果有需要的话应该慎重使用。

2.2保护功能

2.2.1速断保护

A、B、C相保护电流中任何一相的幅值大于整定值并达到整定延时保护动作；电动机启动时间内与启动时间后的速断定值可分别整定。

2.2.2启动超时保护

电动机在允许的启动时间内若未完成启动，则保护动作。

2.2.3堵转保护

堵转保护在电动机的启动过程中自动闭锁，启动完成时自动投入，当实际电流超过堵转整定电流并达到整定延时时，则保护动作。

2.2.4过电流保护

过电流保护在电动机的启动过程中自动闭锁，启动完成时自动投入，当实际电流达到过电流整定值并达到整定延时时，则保护动作。

2.2.5tE保护

tE保护在电动机的启动过程中自动闭锁，启动完成时自动投入。tE保护是针对增安型电动机设计的，符合《国家防爆电气标准》GB3836.3-2000中有关增安型电动机保护的规定。在电动机的启动过程中自动闭锁，启动完成时自动投入。电动机交流绕组到达额定运行稳定温度后，从开始通过堵转电流IA时计到上升到极限温度所需的时间为tE，为防止电动机到达极限温度，综合管理单元应在tE时间内切断电动机电源。电动机tE时间最小值与堵转电流比IA/IN的关系如图1所示。

图1IA/IN特性曲线

2.2.6温度保护

当电动机预埋有热敏电阻时，综合管理单元测量到电动机温度高于整定值并达到整定延时值时保护动作。

2.2.7过负荷保护

采用的过负荷判据为：

其中

—电动机的发热时间常数；

—电动机运行电流的正序分量；

—电动机运行电流的负序分量；

K1—正序电流发热系数，K1在电动机启动时间内可在0—1范围内整定，启动时间后自动变为1；

K2—负序电流发热系数，K2可在0—10范围内整定，启动时间内与启动时间后此值相同。

该项保护必须接入三相电流进行测量，以保证保护判据计算的正确性。当电动机启动方式为双向启动时，K2应设为零。

2.2.8不平衡保护

计算出三相电流平均值和单相电流的最大差值，除以三相电流平均值得出不平衡度（百分比），当大于整定值并达到整定延时保护动作。

为避免合闸时三相不同步可能引起的误动，推荐不平衡保护采用不小于1s的延时。

2.2.9零序过流（接地）保护

零序电流由三相电流计算，当零序电流大于整定值并达到整定延时时零序保护动作。该项保护必须接入三相电流进行测量，以保证保护判据计算的正确性。

2.2.10漏电流保护

漏电流由漏电流互感器测出，当漏电流大于整定值并达到整定延时时漏电流保护动作。

2.2.11断相保护

当任一相电流小于5%的电动机额定电流，而另两相大于15%的额定电流时，经延时保护动作。该项保护必须接入三相电流进行测量，以保证保护判据计算的正确性。

2.2.12相序保护

当电动机发生相序错误，经延时保护动作。当电动机启动方式为双向启动时，该保护应该退出。该项保护必须接入三相电流进行测量，以保证保护判据计算的正确性。

2.2.13欠流保护

在电动机的启动过程中自动闭锁，启动完成时自动投入，当电流低于整定值并达到整定延时值时保护动作。

2.2.14欠功率保护

在电动机的启动过程中自动闭锁，启动完成时自动投入，当功率低于整定值并达到整定延时值时保护动作。

该项保护必须接入IA、IC电流和UAB及UBC电压进行测量且相序正确，以保证保护判据计算正确性。

2.2.15低电压保护

当电动机的启动电流大于0.11倍电动机额定电流，并母线电压低于整定值并大于20V，当达到整定延时值时保护动作。

2.2.16过电压保护

当电动机的启动电流大于0.11倍电动机额定电流，并母线电压高于整定值并达到整定延时值时保护动作。

2.2.17工艺联锁

根据用户需求的外部保护输入，若该保护输入有效并达到整定延时综合管理单元将启动保护动作。

2.2.184-20mA直流输出

综合管理单元输出与A相电流相对应的直流输出。

3电动机微机保护装置工作原理

微机保护装置首先通过电流互感器、电压互感器将A、B、C三相电流、零序电流I0、电压Uab、Ubc、Uac输入至信号调理电路转换成对应的电压信号，然后将电压信号送至模数转换电路，由CPU读入各通道数据进行运算、处理，并与各参数整定值比较以判断电动机是否发生故障，若有故障发生，则控制相应出口继电器动作，并在液晶显示屏上显示保护动作信息。电动机微机保护装置工作原理如图2所示。

图2电动机微机保护装置工作原理

正常运行情况下，保护处于监控状态，循环显示A、B、C相电流，零序I0电流，Uab、Ubc、Uac电压。

4结束语

目前国内常用微机电动机保护装置采用的最新技术和功能，品牌之间的差异使个别功能上略有不同，但大体上都被本文所涵盖，所述功能都可以根据现场具体情况任意投退，保护既要全面又不能繁琐，最终的目的是为了保证供电系统的稳定运行，随着计算机技术的发展以及在继电保护中的应用，相信将会有更多新技术和新功能被研发出来服务于供配电系统。

参考文献：

[1]张跃。集中供电复杂电力负载识别与控制的设计[J].软件，2011

[2]陈勇。供电企业安全性评价系统软件设计方法研究[J].软件，2013