电机保护说明分析.docx
《电机保护说明分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机保护说明分析.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电机保护说明分析
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+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：
Krel-可靠系数，取1.8
Kst-电动机启动倍数，取7
Imn—低压电动机额定电流
动作时间：
top=Os
对于智能型保护的自动空气开关
Iop-KrelKstImn
Krel-可靠系数，取1.5
Kst-电动机启动倍数，取6~8
Imn—低压电动机额定电流
动作时间：
top=Os
对于二次型保护：
Iop-KrelKstImn/nTA
Krel一可靠系数，反时限电流速断元件取1.8,DL型电流元件取1.5
Kst-电动机启动倍数，取6~8
Imn—低压电动机额定电流
nta-TA变比
灵敏度为：
I
（2）
kJ2
Iop
Ik2）-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：
Irl=KrelIMN
Krel-可靠系数，取1.3~1.5
Imn-电动机额定电流
（2）时间定值
top=Kreltst
Krel-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,般按照经验公式，取：
31opset=（0.05-0.15）Imn
Imn-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）Imn当电动机容量较小时；取（0.75~0.15）Imn动作时间tst=0s
灵敏度为：
I
（1）
K—2
3lop.set
if一电动机入口处单相短路电流
4）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，Ill类电动机低电压保护，其动作定值：
Uop=（0.6~0.7）Un
top=0.5s
（2）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：
Uop=（0.4~0.45）Un
top=9s
低压馈线（MC（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：
lop二KrelIK.fmax
Krel-k可靠系数，取1.2~1.3
iK.fmax-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亠2Iop
Ik
（2）-电缆始端两相短路电流
2）短延时
（1）按与MC（母线上所连设备最大速断电流配合计算，即:
Iop=KrelIK.fmaxKrel-k可靠系数，取1.2
IK.fmax-MCC上所连设备最大速断动作电流
（2）躲过MCCt成组自起动电动机起动电流之和
Iop=KrelIst
Krel-k可靠系数，取1.2Is4-MCC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+—个时间级差，时间级差一般取0.3s
3）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
（1）
（2）
（3）
按照躲过最大负荷电流计算
Iop二KrelIL.N
Krel-k可靠系数，取1.2~1.3
IL.N一最大负荷电流按电缆允许电流计算
Iop=KrelIal
Krel—可靠系数，取09~1
Ial-电缆允许安全电流
时间定值根据继电器特性整定，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
躲过正常最大不平衡电流
Iop-0.25IL.max
IL.max-最大负荷电流
按与下一级最大相电流速断动作电流配合
Iop—KrelIop.max
Krel-k可靠系数，取1.2~1.5lop.max-MCC上设备最大速断电流动作时间取需配合动作设备的最大动作时间+—个时间级差，时间级差一
（1）
（2）
（3）
般取0.3s
（4）灵敏度
K—1.5~2
Iop
if-电缆末端单相短路电流
高压电动机
1）比率制动纵差保护
1—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
Ires
Id-差动保护差动电流
Ires—差动保护制动电流
ld.op.min—差动保护最小动作电流
Ires.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）1M.N/nTA=（0.3~0.4）lm.n
IMN-电动机额定电流
2）Ires.min
Id.op.min—0.8Im.n/fita=0.8Im.n
Im.n-电动机额定电流
3）制动斜率，根据经验公式：
Kres=0.4~0.54）
ld.op.qu
2）相电流速断保护动作判据1
Imax_Iop.h电动机启动过程中电动机启动结束后opmaxlIIop-
Imax-最大相电流定值
Iop.h—动作电流高值
Iop.l—动作电流低值
top—动作时间保护动作判据2
电动机启动结束
11max—Iop—KIop.set电动机启动过程中
op-
tt
Imax-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1〜2
整定计算:
（1）动作电流高值|op.h的计算，按躲过电动机最大起动电流
lop.h=KrelKstImn
Krel一可靠系数取1.5
Kst—电动机启动电流倍数（在6〜8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起动的异步电动机一般取Kst=7〜8;对于串励调速或变频调速的电动机一般取Kst=4〜5，一般取5
按Kst=7计算的高值Iop.h=KrelKstImn二1.57Imn=10.5Imn，取
Iop.h二（10.5~12）1mn
（2）动作电流低定值lop.i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：
lop.l二KrelKastlmn二6・5lmn
Krei一可靠系数取1.3
Kast—电动机自启动电流倍数，一般取5
b.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，电动机反馈电流的暂态值为5.8~6.9，考虑保护固
有动作时间为0.04~0.06s，以及反馈电流的衰减，取Kfb=6计算：
般取
Krel一可靠系数取1.3
K厂区外故障最大反馈电流倍数,
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Iop.h=（10.5~12）lmn相电流速断低值Iop.l=（7.8~8）lmn对于串励调速或变频调速起动的电动机
lop.h=Iop.l=（10.5~12）lmn
c.电动机起动时电流倍数K的取值lop.set二Iop」
lop.h
K二
Iop.l
负序过电流保护
当电动机三相电流不对成时将产生负序电流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1.3lmn，取按
负序灵敏度为1.25计算，贝
1.3Imn
l2.op0.6lmn
如1.25
b.
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|mn，贝U：
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，过热保护也能动作，一般采取：
12.op=（0.3~0.6）lmn
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0.3
c.动作时间
躲过区外故障最长切除时间
T2.0p.set=top.max■t
top.max-切除区外故障保护动作最长时间
箪一时间级差，取0.4s
（2）整定计算2
a.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：
l2.op=（0.6~1）1mn
动作时间：
T2.op.set=（0.5~1）s
b.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bop=（0.15~0.3）lmn
动作时间，大于电动机起动电流，T2.op.set=（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
31。
.op.set=KrelIk"
1卩3Ic
Krel-可靠系数，动作于信号时取2〜2.5,动作于跳闸时取2.5~3
|卩—单相接地电流
lc—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0.5~1s
（2）当单相接地电流＜10A时，对于300MW及以上机组，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0.5~1
（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0s
2.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:
3lo.op.set二（0・05~0・1）1MN
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：
leg=.,KiI厂K2I2—
leg-热等效电流
h—电动机正序电流
|2—电动机负序电流
Ki—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
Ki—负序电流在发热模型中热效应系数，一般取6
电动及允许过热量The-电动机允许的发热时间常数
An—电动机额定二次电流相对值
电动机积累过热程度'二
■T
过热保护动作判据：
1）电动机无热积累。
当二二0或=0时，即leg乞1.05时，表明
电动机达到热平衡，无积累过热量。
2）过热报警值VaVa=V=0.7时，发过热报警信号。
3）过热保护出口动作判据，当入.=二T或二-^―=100%时，电
2-0T
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，
leg1.05时，由二二0到二二1的时间为过热保护动作时间，即：
The
（J^）^1.052
Imn
5）过热保护动作后闭锁再起动解除判据，当电动机过热保护跳闸
后，过热保护积累热量程度二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.7=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
■加-v-50%
整定计算
1）发热时间常数整定值Theset，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，贝U：
The=（l*2-1.052）tal
若I*=1.5时，允许时间t=420s，则Th^（1.5-1.05）420=480s，如有若干
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tst<15s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tst=15s，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：
*2
1st-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（启动时间内为）.5）
tst—电动机启动时间
按热态起动一次
*22
The=（Kllst2_1.05）tst
1st一电动机实测启动电流
Ki—正序电流在发热模型中的热效应系数（取启动结束后）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Ist-6,tst=15s则:
*2222
The=2（Kilst-1.05）tst-2（0.56-1.05）15=507
*2222
The=（Kdst-1.05）tst=（6-1.05）15=523
则取The为500s
c.按电动机允许起动电流和允许起动时间计算，即：
The=（KIst.al_1.05）tstal
Ist.al-允许启动电流倍数（如6）
tst.al—允许启动时间（如30s）
K—系数，取0.5
对于上例，计算的The-508s
2）散热时间Teh.set计算，一般按以下原则：
a.—般电动机Teh.set二30min
b.容量超过5000kW的电动机，如电动给水泵，Teh.set=45min
3）电动机起动时间tst.set计算，为保证电动机可靠起动，取：
tst.set二（1.2~1.5）tst.max
tstmax-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
给水泵
引风机
送风
机
排粉机
磨煤
机
凝泵
一般电机
tst.max
20
20
20
15
15
20
6
5
4）过热报警值山，取0.7
5）过热保护动作后闭锁再起动解除整定值，加t=50%
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
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
2）时间定值tst.set,tst.se^（1.2~1.5）tst.max，对于起动时间较长的电动机一般取30s
2•正序过电流保护
1）电流定值li.op.set
Il.op.set二KrelImn
'或11.op.set=K
relIL.max
Krel-可靠系数，一般取1.3~1.5
IL.max—电动机正常可能最大负荷电流
2）时间定值t1.op.set，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：
Uop=（0.65~0.7）Un
top=0.5s
2•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：
Uop=（0.4~0.45）Untop-9s
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
|d—差动保护差动电流
Ires—差动保护制动电流
ld.op.min—差动保护最小动作电流
Ires.min—差动保护最小制动电流ld.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=（0.8~1）In
3）制动斜率，根据经验公式:
Kres=0.5
（3）
I（3）k.max-电缆末端最大三相短路电流二次值
Ksen兰1.5
Id.op
5）灵敏度Id.op二Id.op.min+Krel（1⑶k.max—Ires.min）,差动保护动作电流
2
lk2）-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Iop按躲过电缆末端三相短路电流计算
（
动作电流Iop=KrelIK）f
（
I②
灵敏度KQn二0.86归-2
Iop
Krel-可靠系数，一般取1.2~1.25
（3）
IK3）f-电缆末端三相短路二次最大电流
IK3）—电缆末端三相短路二次最小电流
Ksen-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，贝吐匕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
（2（）
动作电流标么值Iop=|K2）f/Ksen
电压动作标么值U*op=ZL
Krel（Xs+XL）
Krel-可靠系数，一般取1.2~1.25
IK3）f-电缆末端三相短路二次最大电流
IA-电缆末端三相短路二次最小电流忑誓-电缆始端两相短路灵敏度Xs-高压母线系统电抗标么值
Xl-电缆线路电抗标么值
Zl-电缆线路阻抗标么值
3.定时限过电流保护
1）动作电流定值
a.按躲过电动机自起动电流计算
Krel-可靠系数，取1.15〜1.21st7-馈线所接电动机自起动电流
2）与母线上所接设备的最大速断电流配合
Iop二KrelIop.max
lopmax-母线上所接设备的最大速断电流
（
l2）
灵敏度K25二匕_1.5
3）lop
（
|芒一电缆末端两相短路电流
4）时间:
a.与下一级瞬时配合取top=0：
t=0.3s
b.与下一级过流配合取toprtmax：
t=tmax0.3s
4.单相接地
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
3I0.op.set二
IP=3Ic
Krel-可靠系数，动作于信号时取2〜2.5,动作于跳闸时取2.5~3
|『—单相接地电流lc—单相电容电流
（2）动作时间整定值与作用方式
a.当单相接地电流＞=10A时，保护动作于跳闸，t0.op=t0.opmax"t
b.当单相接地电流＜10A时，对于300MW及以上机组，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t0.op=t°.opmax+At
C.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0S
2）.中性点经小电阻接地
（1）电流定值
a.躲过区外单相接地电流
3Io.op.set
=Krel
1卩=3lcb.与下一级单相接地保护配合
3IO.op.set二Krel3IO.op.max
Krel-可靠系数，一般取1.1~1.15
3IO.op.max—下一级单相接地保护最大动作电流
（2）时间定值
to.op二to.opmax-1
toopmax—下一级单相接地最长动作时间
升级会员 