电动机保护

电动机保护一、电动机的保护配置二、电动机的短路保护三、异常运行状态保护一、电动机的保护配置电动机的故障和异常运行方式定子绕组的相间短路单相接地一相绕组匝间短路不正常运行状态有过负荷、相电流不平衡、低电压对同步电动机还有异步运行和失磁等电动机的保护设置1.相间短路保护2.接地短路保护3.过负荷保护4.低电压保护5.相电流不平衡保护6.失步保护7.失磁保护(同步)8.非同步冲击保护二、电动机的短路保护电动机的相间短路保护电流速断保护纵差动保护电动机的接地短路保护三、异常运行状态保护电动机的过负荷保护低电压保护相电流不平衡保护同步电动机的失步、失磁和非同期冲击保护一、电动机的保护配置在发电厂厂用机械中大量采用异步电动机，但是，在厂用大容量给水泵和低速磨煤机等设备上，则采用同步电动机。《技术规程》规定，对电压为3kV以上的异步电动机和同步电动机可能产生的故障及异常运行方式应装设相应的保护。1．电动机的故障和异常运行方式电动机的主要故障是定子绕组的相间短路，其次是单相接地故障以及一相绕组的匝间短路。定子绕组的相间短路是电动机最严重的故障，它会引起电动机本身的严重损坏，使供电网络的电压显著降低，破坏其他用电设备的正常工作。单相接地对电动机的危害程度，取决于供电网络中性点的接地方式。对于小接地电流系统中的高压电动机，若发生接地故障，当接地电容电流大于5A时，就会烧坏线圈和铁芯。电源变压器中性点直接接地，一相接地构成单相短路，短路将烧坏设备等。一相绕组匝间短路，会破坏电动机的对称运行，并使相电流增大。最严重的情况是，电动机的一相绕组全部短接，此时，非故障相的两个绕组将承受线电压，使电动机由过电压而遭到损坏。但是，目前还没有简单而又完善的方法来保护匝间短路，所以，一般不装设专门的匝间短路保护。电动机的不正常运行状态有过负荷、相电流不平衡、低电压，此外对同步电动机还有异步运行和失磁等。2．电动机的保护设置根据以上分析，对于电动机可能出现的故障和异常运行方式应设置以下保护。(1)相间短路保护容量在2MW以下的电动机装设电流速断保护(保护宜采用两相式)；容量在2MW以上或容量小于2MW但电流速断保护灵敏度不满足要求的电动机装设纵差动保护。保护动作于跳闸，对同步电动机还应进行灭磁。二、电动机的短路保护1．电动机的相间短路保护《技术规程》中规定，对容量为2MW及其以上的电动机，或容量虽小于2MW，但有6个引出线头的重要电动机，应装设纵差动保护。对一般高压电动机则应装设两相式电流速断保护，以便尽快地将故障电动机切除。(1)电流速断保护为容量在2MW以下电动机相间短路故障的主保护，为了能够反应电动机与断路器间连线上的故障，电流互感器应尽可能靠近断路器。图11—33(a)为两相星形接线，图11—33(b)为两相电流差接线。(2)接地短路保护单相接地短路对电动机的危害程度取决于供电网络中性点的接地方式。在380／220V三相四线制电网中，由于电源变压器低压侧的中性点是直接接地的，所以电动机应装设单相接地短路保护，并动作于跳闸。对于3～6kV电动机，因电网中性点不接地，只有当接地电流大于5A时，才装设单相接地保护设置。单相接地电流在10A以下时，保护可带延时动作于跳闸，也可带延时动作发信号；单相接地电流≥10A时，保护延时动作跳闸。(3)过负荷保护对于生产过程中容易发生过负荷的电动机，根据其负荷特性，保护延时动作于信号或跳闸；对于启动和自启动困难，需防止启动或自启动时间过长的电动机，保护延时动作于跳闸。(4)低电压保护对于需要装低电压保护的电动机，低电压保护应动作于跳闸。(5)相电流不平衡保护对于容量≥2MW的电动机，可采用负序过电流保护作为相电流不平衡保护，保护动作于信号或断路器跳闸。它可作为主保护的后备保护。同步电动机除上述保护装置外还应考虑装以下反应异常运行状态的保护：(6)失步保护(7)失磁保护(8)非同步冲击保护:仅对于不允许非同步冲击影响的电动机装非同步冲击保护。电动机保护应力求简单、可靠。对电压在500V以下的电动机，特别是75kW及其以下的电动机，广泛采用熔断器或自动空气开关来保护相间短路和单相接地保护，用磁力起动器或接触器中的热继电器作为过负荷和两相运行保护。当不能采用熔断器时，才考虑装设专用的保护。通常，对于不易过负荷的电动机，宜采用图11—33(a)接线；对于易过负荷的电动机，宜采用图11—33(b)接线，其中保护的速断部分a用作相间短路保护，反时限部分b用作过负荷保护。电流速断保护的动作电流IOP.r，，可由下式确定(11—28)max.STTAcomrelr.OPIKKKI式中，Krel——可靠系数；Kcom——接线系数；KTA一电流互感器变比；KST.max—电动机起动电流周期分量的最大有效值。要求灵敏度Ksen≥2。(2)纵差动保护电动机容量在5MW以下时，纵差动保护采用两相式接线：在5MW以上时，采用三相式接线，以保证一点在保护区内另一点在保护区外的两点接地时快速跳闸。纵差动保护原理接线如图11-34所示。差动继电器KD的动作电流应躲过电动机额定电流IN，即式中，Krel——可靠系数出口中间继电器KM应带0.1～0.2s延时，以躲过电动机起动时的非周期分量的影响。要求灵敏度Ksen≥2。NTArelr.opIKKI(3)．电动机的接地短路保护电动机(3～6kV)的单相接地保护原理接线如图11—35所示，其中TAN为零序电流互感器，取出零序电流。零序电流继电器KAZ的动作电流为(11-31)式中，Krel——可靠系数，取4～5；3loc.max——外部单相接地短路时，流过保护的最大接地电容电流。接地保护的灵敏度可按下式校验max.ocTArelr.opIKKI323r.opTAmin.ocsenIKIK式中，3Ioc.min——最下运行方式下电动机出口发生单相接地短路时，流过保护的接地电容电流。三、电动机的异常运行状态保护1．电动机的过负荷保护电动机的过负荷保护一般采用反时限特性，这是考虑到一般电动机都有一定的过载能力，通过的过载电流愈小，允许的时间愈长。电动机过载电流与允许工作时间的关系是一条反时限特性曲线。如果用反时限过电流继电器作为电动机的过负荷保护，其反时限特性曲线与电动机允许过载的时间特性相配合。是十分合理的过载保护。电动机的过负荷允许时间与过负荷倍数Ⅰ/ⅠN间的关系可用下式表述112)II(TtN式中，T——电动机发热时间常数，一般取300s；a——系数，取1.3。可以看出，t与I/IN的关系(即过负荷特性)呈反时限特性，如图11—36中曲线1所示。为与曲线l相配合，保护的动作特性应低于曲线l，如图中曲线2所示。2．电动机的低电压保护电动机的低电压保护一般设两个时限，以较短时限(一般为0．5s)跳不很重要的电动机，以较长时限(一般9～10s)跳重要电动机。3．相电流不平衡保护相电流不平衡保护主要由反应负序电流动作的电流继电器、延时动作的瞬时返回时间继电器和信号继电器组成。若希望相电流不平衡保护有较高的灵敏度，也可采用反时限特性的负序电流保护。4．同步电动机的失步和失磁保护(1)失步保护同步电动机的励磁电流的减小、供电电压的降低均导致同步电动机的电磁转矩减小，当电磁转矩最大值小于机械负荷的制动力矩时，同步电动机将失去同步。失步后，同步电动机转速下降，从而在起动线圈和励磁回路中感应出交变电流，产生异步转矩，逐步转人异步运行。在异步运行期间，由于转矩交变，所以转子转速和定子电流发生振荡，严重时可能引起机械共振和电气共振，导致同步电动机的损坏，故需装设失步保护。失步保护动作后，可作用于再同步控制回路；如不能再同步或不需要同步，则失步保护可动作于跳闸。失步保护原理可以用反应转子回路出现交流分量，反应定子电流电压相位变化，反应定子过负荷等构成。图11—37示出了反应励磁回路交流电流的失步保护原理图。交流电流由电流继电器KA测量，中间继电器KM具有延时返回特性，防止交流电流下降造成时间继电器返回，时间继电器KT可躲过外部不对称短路故障和自起动过程中加励磁时在励磁回路中形成的交变分量的影响，防止了保护的误动作。对于负荷较为平衡的同步电动机，当电动机短路比较大(短路比≥0．8)时，可通过检测定子的过负荷构成失步保护。(2)失磁保护同步电动机失磁或部分失磁，可能导致电机失步并转入异步运行，所以失步保护可反应失磁的情况。对于负荷变动大而又是用反应定子过负荷构成失步保护时，应增设失磁保护，延时动作于跳闸。同步电动机的失磁检测可用接于励磁回路内的低电流继电器实现。注意到同步电动机在正常运行情况下一般发出感性无功功率，在失磁后吸取感性无功功率，因此，根据无功功率方向的改变可判别失磁，即用功率方向继电器可检测出来。(3)非同期冲击保护由于在同步电动机上，还设有强行励磁装置，在供电电压降低到一定程度时，自动将励磁电压加到顶值；为避免电源中断后再恢复时造成对同步电动机的冲击，还设有非同步冲击保护。保护可反应功率方向、频率降低、频率下降速度等动作；也可由有关保护和自动装置连锁动作。本章结束点此进入下一章