李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司 

   摘要：以電動機過負荷保護動作造成機組停運事件為例，分析現(xiàn)場普遍存在的電動機過負荷保護偏重保護電動機安全，未充分釋放電動機過負荷能力,，對系統(tǒng)造成的危害,。研究電動機過負荷保護配置及過負荷保護定值設置，提出改進建議及有效措施,，在保證電動機安全的基礎上,，防止重要電動機過早切除導致經(jīng)濟損失。

   關鍵詞：電動機,；過負荷,；保護配置及定值設置

   1三相異步電動機定子繞組過負荷的原因及危害

導致三相異步電動機定子繞組過負荷的原因是多方面的：一是電動機實際負載增加，如過度加載導致電動機超額定電流運行,，或軸承損壞等設備異常導致負載增加,；二是電源異常導致電動機超額定電流運行，電壓,、頻率降低等,。長時間的定子繞組過負荷,，主要的危害是導致定子繞組線圈過熱、絕緣受損,、電動機損壞,。定子線圈的溫升與過電流倍數(shù)及過電流持續(xù)時間有關，過電流倍數(shù)越大則溫升速率越大,，過電流持續(xù)時間越長則線圈溫升越高,。電動機的過負荷保護定值應根據(jù)這一特性設定。

   2常規(guī)三相異步電動機定子繞組過負荷的保護配置及定值選取　

GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》及DL/T5153-2014《火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)程》對高壓電動機過負荷保護的配置要求：對于運行過程中易發(fā)生過負荷的電動機,，保護應根據(jù)負荷特性,，帶時限動作于信號或跳閘；對于啟動或自啟動困難,，需要防止啟動或自啟動時間過長的電動機,，保護動作于跳閘。

目前,，針對電動機定子繞組過負荷,，微機型電動機綜合保護通常配置長啟動保護、堵轉保護,、過負荷保護,。其中長啟動保護用于保護電動機啟動困難，或啟動時間過長工況,，采用定時限,，電流動作定值取1.5-~2.0倍電動機額定電流，動作時間按躲過電動機正常啟動時間整定,，動作于跳閘,。堵轉保護用于保護電動機運行中堵轉工況，采用定時限,，電流動作定值取1.3~2.0倍電動機額定電流,，動作時間按躲過電動機啟動或自啟動時間整定，動作于跳閘,。過負荷保護定值按躲過電動機額定電流計算,，動作時間按躲過啟動時間整定，動作于信號或跳閘,。

   3定子繞組過負荷保護動作案例分析

  下面介紹3起電動機過負荷保護動作引起的機組非計劃停運事件,，事件造成直接、間接經(jīng)濟損失超過100萬元,。

（1）案例1：某600MW火電機組增壓風機過負荷跳閘導致機組非停,。2017年2月21日，某600MW火電機組按調(diào)度曲線加載負荷。當日9：19,，機組負荷達到489.7MW,，增壓風機電流為568.2A，指令為86%,；當日9：45:41,，機組負荷達到500MW,，增壓風機電流指令為100%,，過負荷保護動作，動作電流為696A,，增壓風機跳閘,，鍋爐MFT動作。

（2）案例2：某600MW火電機組凝結水泵變頻器過負荷跳閘導致機組非停,。2016年12月17日,，某600MW火電機組Ａ凝結水泵變頻器運行，B凝結水泵備用,，機組負荷為463.07MW,。當日12：30，運行操作Ａ凝結水泵變頻器增負荷,；當日12:31:11,，變頻器輸出指令為93.41%，輸出電流為178.23Ａ,，21ｓ后,，變頻器輸出指令為99.71%，輸出電流為207.22AＡ并維持穩(wěn)定,；當日12:33:15,，變頻器過載保護動作跳閘，Ｂ泵聯(lián)啟不成功,，機組因凝結水失去而被迫停運,。

（3）案例3：某300MW火電機組引風機跳閘導致機組非停。2013年9月25日,，某300MW火電機組電負荷為260.9MW,。當日4:28:42，Ｂ引風機因軸承溫度高而跳閘,，機組ＲＢ動作,，4A引風機動葉指令由55.4%上升到100%，４Ａ引風機電流由165.2A升高到482,，過流保護動作,，2臺引風機全停，觸發(fā)鍋爐ＭＦＴ。對案例中電動機過負荷情況,、電動機定子線圈溫升情況,、電動機過負荷保護定值整定情況進行統(tǒng)計分析，見表1,。

                                                    表１ 電動機過負荷及定子線圈溫度統(tǒng)計

 案例1,、案例2均為電動機加載過程導致電動機過負荷，案例3為B引風機跳閘導致4A引風機過載?，F(xiàn)場所用電動機的絕緣耐熱等級為F級,，溫升按B級考核，即電動機的允許溫度為130℃,，繞組溫升限值為80K,。由表1可知，3臺電動機跳閘時的定子線圈溫度都遠未達到電動機線圈溫度限值,。案例中,，電動機過負荷保護定值的取值原則均符合DL/T 1502-2016《廠用電繼電保護整定計算導則》的要求，跳閘時電動機的定子線圈溫度均在電動機正常允許范圍內(nèi),，定子線圈的溫升也在安全范圍內(nèi),，遠未達到電動機的過負荷能力限值。

   4 三相異步電動機定子繞組過負荷的保護配置及定值設置建議　　

現(xiàn)有規(guī)程在電動機過負荷保護定值選取中,，多考慮保護電動機安全,，未充分考慮負荷特性和釋放電動機本身的過負荷能力。為此,，應合理設置電動機加載速率,，在控制系統(tǒng)中設置適當?shù)南拗浦担@是防止電動機過流,、過載的根本措施,。但是，系統(tǒng)需求或系統(tǒng)工況復雜,，導致的電動機過負荷情況不一定能*避免,，因此在電動機保護配置及定值計算時，除需考慮軸承損壞導致過負荷等電動機自身原因外,，還要考慮系統(tǒng)或負載原因導致的電動機過負荷,。系統(tǒng)中某些重要電動機，一旦跳閘將直接導致機組非停,，經(jīng)濟損失巨大,，因此針對重要電動機的過負荷保護配置及定值選取，提出以下改進建議,。

4.1應充分考慮電動機負荷特性及在系統(tǒng)中的地位,，按二段原則配置電動機過負荷保護　　

應充分考慮電動機負荷特性及其在系統(tǒng)中的地位，重要電動機的過負荷保護按二段配置，一段保護動作于信號,，提醒運行人員注意,，另一段保護出口跳閘。在保證電動機安全的前提下,，盡量放開電動機的過負荷能力,，延遲另一段保護出口跳閘的時間，給運行人員爭取

        調(diào)整的時間,，避免機組非停,，減少損失。

定子繞組過負荷一段保護定值可取1.05倍電動機額定電流,，動作時間可適當取短,，按躲過電源波動整定,，可取3~5ｓ,，保護動作于信號。信號應上傳至主控室,，提醒運行人員注意并及時做出調(diào)整,。

定子繞組過負荷另一斷保護可采用定時限或反時限動作曲線，按躲過定子繞組過負荷能力整定,，動作于跳閘,。反時限動作曲線貼近電動機定子繞組的過負荷能力，簡單的電動機運行期間過載保護動作模型：

式中,，ｔ為保護動作時間,；τ為電動機定子線圈熱容量系數(shù)；Ｉ_*為以電動機額定電流為基準的標幺值,；K_sr為散熱系數(shù),，可取1.05~1.1。

動作曲線的啟動門檻可取1.05~1.1倍電動機額定電流,，熱容量系數(shù)τ的取值應由電動機廠提供,，或參照導則，根據(jù)電動機的熱限曲線,、過負荷能力,、允許堵轉電流及時間或啟動電流下的定子溫升進行估算。

定子繞組過負荷若按定時限保護配置,，則保護電流動作值可按1.5~2.2倍電動機額定電流整定,，動作時間按躲過電動機廠家提供的電動機過負荷能力整定，保護動作于跳閘,。

4.2 優(yōu)化電動機過負荷保護邏輯,，增設定子繞組溫度輔助判據(jù)　　

為保證電動機的安全，可在電流型電動機過負荷保護的基礎上，引入電動機定子線圈的溫度作為輔助判據(jù),。當電動機過負荷保護動作,，且電動機定子線圈溫度超過限值時，保護出口跳閘,。

4.3配置電動機熱過載保護并合理設置保護定值

微機電動機綜合保護通常配置電動機熱過載保護,。熱過載保護的模型，綜合考慮了電動機正序電流及負序電流對電動機發(fā)熱的不同影響,，以及電機冷態(tài),、熱態(tài)、散熱等工況,。應根據(jù)電動機廠家提供的電動機熱限曲線或過負荷能力,，合理設置電動機熱過載保護定值并投入運行，是對電動機過負荷的有效保護手段,。

5安科瑞智能電動機保護器介紹

5.1產(chǎn)品介紹

智能電動機保護器(以下簡稱保護器),，采用單片機技術，具有抗干擾能力強,、工作穩(wěn)定可靠,、數(shù)字化、智能化,、網(wǎng)絡化等特點,。保護器能對電動機運行過程中出現(xiàn)的過載、斷相,、不平衡,、欠載、接地/漏電,、堵轉,、阻塞、外部故障等多種情況進行保護,，并設有SOE故障事件記錄功能,，方便現(xiàn)場維護人員查找故障原因。適用于煤礦,、石化,、冶煉、電力,、以及民用建筑等領域,。本保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出,，方便與PLC,、PC等控制機組成網(wǎng)絡系統(tǒng),。實現(xiàn)電動機運行的遠程監(jiān)控。

5.2技術參數(shù)

5.2.1數(shù)字式電動機保護器

  5.2.2模塊式電動機保護器

  5.3產(chǎn)品選型

說明：“√"表示具備,，“■"表示可選,。

6結束語

重要電動機的過負荷保護應充分考慮電動機負荷特性，充分釋放電動機過負荷能力,，按躲過電動機過負荷能力整定,，不宜太靈敏。電動機的過負荷保護按二段配置,，一段發(fā)信號,，信號應發(fā)至主控室提醒運行人員及時調(diào)整；另一段動作于跳閘,，跳閘段定值按躲過電動機過負荷能力整定,。反時限動作曲線貼近電動機定子繞組的過負荷能力，采用反時限動作曲線可為電動機提供合理的保護,，同時可將電動機定子繞組溫度作為電動機過負荷的輔助判據(jù),，兩者均滿足條件時啟動跳閘。投入并合理設置電動機熱過載保護是保護電動機過負荷的有效手段,。

參考文獻

[1] DL/T 684-2012大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則[S]．

[2] 于愛民,，宋　巖.三相異步電動機過負荷保護的配置及定值設置分析

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版

作者簡介：李婧婧，女,，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電,。