电动机热过负荷保护的算法与应用研究

电动机热过负荷保护的算法与应用研究

窦君

（河北大唐国际唐山热电有限责任公司）

摘要：热过负荷保护是电动机在启动和运行过程中不可缺少的主保护，它能在电动机损害前检测出故障并发出报警信号或跳闸。不同保护装置的热过负荷动作特性和算法会有很大差别，需要根据电动机的发热特性提出一种比较接近电动机实际发热曲线的热过载反时限算法及应用方案，保证电动机充分发挥过载能力的同时又免于损坏，提高电力拖动系统的可靠性。

关键词：热过负荷；发热特性；算法

0.引言

随着发电厂机组容量的不断提高，厂用系统电动机的功率也越来越大，对电动机保护也提出了更严格的要求。算法最复杂的热过负荷保护是电动机在启动和运行过程中不可缺少的主保护，由于能对电动机发热和散热进行合理数学模拟计算而越来越受到重视。根据电动机的发热特性提出以一种比较接近电动机实际发热曲线的热过载反时限计算和实现方法，使电动机充分发挥过载能力的同时免于损坏，提高电力拖动系统的可靠性。

1.热过负荷保护动作特性

热过负荷保护是电动机在启动和运行过程中不可缺少的主保护，主要反映定子、转子绕组的平均发热状况，它能在电动机损害前检测出故障并发出报警信号或跳闸。

（1）国产保护的热过负荷特性

目前，国内电动机保护中的热过负荷是基于GB/T14598.15-1998中给出的热过负荷模型：

（2）瑞士SPAM150C热过负荷特性

SPAM150C电动机热过负荷单元稳态值决定于负载电流的平方值，热元件的动作值用两种继电器设定值规定。热元件包括两根不同的热曲线，一根说明过负荷实现跳闸，另一根曲线保持热背景的轨迹。加权系数P决定两根曲线热增加的比例，一般设定在20%-100%之间[2]。对于直接启动有热点情况的电动机，加权系数P通常设定在50%，动作特性如图1-1所示：

图1-1SPAM150C热元件跳闸曲线（热曲线P=50%）

2.热过负荷特性的算法研究

从保护的动作特性和定值算法上，不同保护装置之间会有很大差别，这就给热过负荷保护的整定和应用带来难题。针对6KV厂用电动机保护装置国产化改造中遇到的热过负荷算法和应用上的差异性，对SPAM150C保护装置和国产保护装置的热过负荷计算原则和配置问题分别进行研究探讨。

本文以560KW电动机热过负荷保护的整定计算为例，电机参数为：额定电流二次值Ie=3.45A，启动时间Ts=5s，启动倍数K=6。

（1）SPAM150C特性算法及应用

根据SPAM150C提供的热元件跳闸曲线（热曲线P=50%）可以找到不同负荷电流下的动作时间，理论计算时间和实测试验数据如表2-1所示：

表2-1SPAM150C试验数据

通过上述分析和计算可知，SPAM150C的热过负荷保护在整定过程中不需要考虑额定电流具体数值大小，只和启动电流倍数以及启动时间有关。

（2）WDZ-3D特性算法及应用

WDZ-3D保护装置可以再各种工况下建立电动机的发热模型对电动机提供准确的过热保护[3]。定值整定方案如下：

根据WDZ-3D保护装置动作特性可以计算不同负荷电流下的动作时间，理论时间和实测试验数据如表2-2所示：

表2-2WDZ-3D试验数据

通过上述分析和计算可知，WDZ-3D的热过负荷保护在整定过程中不需要考虑额定电流具体数值大小，只需根据启动电流倍数及启动时间来计算发热时间常数。

（3）PCS-9626D特性算法及应用

PCS-9626D保护装置按照允许电机热态启动一次和冷态启动两次来计算热过负荷保护动作时间[4]。

发热时间常数，由此整定热过负荷保护的定值，具体定值如下：

根据保护动作特性可以计算不同负荷电流下的动作时间，理论时间和实测试验数据如表2-3所示：

表2-3PCS-9626D试验数据

通过上述分析和计算可知，PCS-9626D的热过负荷保护在整定过程中不需要考虑额定电流具体数值大小，只需根据启动电流倍数及启动时间来计算发热时间常数。

综上所述，我们发现不同保护装置在热过负荷的算法上虽然存在差异，但是合理计算发热时间常数，就可以有效避免因定值整定过大造成电机损坏和定值整定过小而误动作。

3.研究结论

本文以SPAM150C保护装置和几种典型国产保护装置热过负荷算法和应用上的差异而带来的定值计算和保护配置问题，根据电动机发热特性提出以一种比较接近电动机实际发热曲线的热过载反时限计算及应用方案。该方案不仅最大限度的弥合了不同保护装置间热过负荷算法上的差异，还能保证电动机充分发挥过载能力的同时又免于损坏，提高电力拖动系统的可靠性。

参考文献：

[1]大型发电机变压器继电保护整定计算导则DL/T684-2012

[2]SPAM150C组合继电器技术说明书

[3]WDZ-3D电动机综合保护装置技术说明书

[4]PCS-9626D电动机综合保护装置技术说明书