发电厂厂用电动机保护配置

发电厂厂用电动机保护配置

张建刚

关键词：电动机、故障、不正常运行状态、保护

在发电厂的生产过程中，各种各样的电动机得到广泛应用。电动机在运行中，会出现故障及各种异常运行状态。电动机的故障包括相间短路、匝间短路等，造成这些故障的原因就是电动机绕组或引线绝缘老化。当绝缘破坏时，若在一相线路内部出现多点并发生短路，就会造成匝间短路；若两相或三相绝缘同时破坏并碰触短路，就发生相间短路。异常运行状态主要是过负荷，主要现象就是电流大或者严重发热，它出现的原因可能是所带的机械引起或者低电压、缺相等。

1电动机故障的保护

1.1相间短路的保护

定子绕组的相间短路是电动机最严重的故障，会引起电动机本身的严重损坏，使供电网络的电压显著下降，破坏其它用电设备的正常工作。对于厂用电动机，容量为2000KW以下时，一般可以装设电流速断保护。容量在2000KW及其以上的电动机，或容量小于2000KW，但有6个引出线的重要电动机，当电流速断保护不能满足灵敏系数的要求时，都应该装设纵差保护。以便尽快地将故障电动机停运。

1.1.1电动机电流速断保护

根据对继电保护快速性的要求，在设备上应装设快速动作的继电保护，确保设备故障时能及时切除故障。在设备上装设瞬时动作的电流保护就叫电流速断保护，简称速断保护。

对于2000kw以下的电动机，速断保护作为电动机相间短路故障的主保护。当电动机内部及电动机与断路器之间的连接电缆上发生故障，短路电流远大于正常工作电流，即可采用此高整定值电流速断保护作为快速、可靠、简单和经济的保护方案。

电动机电流速断保护的动作电流按躲过电动机的起动电流计算。为了躲过起动电流并在正常运行具有较高的灵敏度，速断保护经常采用在起动和运行时的整定值分别整定的方案。起动时间按躲过最长的起动时间整定，起动时的电流整定值按躲过电动机起动电流整定，运行时的电流整定值按躲过自起动电流和区外出口短路时电动机最大反馈短路整定。为了使保护不仅能反应电动机内部相间短路，而且能反应电动机与断路器之间连接线上的相间短路，电流互感器应尽可能安装在靠近断路器侧。

1.1.2电动机纵差保护

由于电流速断保护的整定值要躲过电动机起动电流，而起动电流要比额定电流大5～6倍，这就降低了灵敏度，对电动机的内部保护区很小。因此额定容量在2000kw以上，或小于2000kw但电流速断保护灵敏度不够，且中性点侧具有分相引出线的电动机应装设纵(联)差(动)保护。

纵差保护的构成和特性：两组CT分别取于开关负荷侧与电机中性点侧。由电动机端部电流和中性点电流求出差电流作为动作量。当电动机正常工作或区外故障时，两侧CT测得的电流相等，差动继电器不动作。当电动机内部故障时，产生差电流，保护装置瞬时动作于断路器跳闸。差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时。为防止电流互感器二次回路断线时保护误动作，差动继电器的动作电流应按躲过电动机的额定电流来整定。

2电动机不正常运行状态的保护

电动机的不正常工作状态，主要是过负荷运行，另外还有低电压、三相不平衡。

2.1过负荷（过载）保护、过电流保护Ⅰ1

过负荷保护和过流保护都属于通过电气量动作的保护，与速断保护原理相似，而定值不同。过流保护及速断保护由专用继电器构成，可以是两个继电器，也可以是一个组合曲线继电器。速断保护作为电动机相间短路的主保护，过流保护作为速断保护的后备保护及靠近电机中性点侧短路的主保护，由于电流速断保护有死区，只能保护电机绕组80％。不能保护电机全部，如在电机靠近中性点侧发生短路时，短路电流达不到电机速断保护动作值，但又大于电机额定电流，此时，就应装设过流保护来切断电机电源开关，切断故障电流。速断保护与过流保护相比较，速断保护定值大，一般没有延时，过流保护定值小，有一定的延时。过流保护动作时间快于热继电器，能够较快地切除故障回路。

对于容量小于1000KW的电机，一般通过高压熔断器反映过流故障，因为容量小于1000KW的电机电源开关结构为高压熔断器和接触器，称作F-C开关，当高压电机一相或两相保险熔断后，通过F-C开关三相不一致保护跳开该开关。

2.2过热保护、热积累保护

热积累保护与过热保护均是基于发热模型的保护，反映电机过负荷。发热模型有多种，采用不同的计算方法。电机由于某些原因，如负载太重、出口门开度过大等造成电机电流超过额定值，经过一段时间，热积累达80%时发信，此时，应及时降低电机出力，使电机电流降至额定电流以下，如不调整，热积累达100%时则跳开该电机电源开关。过热保护采用综合计算正序电流和负序电流的发热效应，采用等效发热电流作为过热保护中电动机发热模型的输入电流，然后将该电流与过负荷前的电流用公式计算出过热保护动作时间。

2.3堵转保护（锁轴保护）

由于电动机所带动的负荷过大或其他原因致使电动机不能正常转动时，称为堵转。全电压下堵转的电动机，散热条件极差，电流很大，特别容易烧坏。为此，应设置由反时限或定时限过电流继电器构成的堵转保护，动作于跳闸。起动时堵转由起动时间过长保护跳闸，运行时堵转由过流保护构成，整定值要躲过自起动时间，在起动后投入。或者在电动机启动过程中并不投入，只在启动结束后投入。该保护在一定意义上可作为速断保护的后备保护。当电流超过堵转保护的定值时并达到整定时间_动作于跳闸。堵转保护的允许时间，可由实验所得的启动时间作为定值。堵转的正序电流一般可为2.5倍额定电流。一般大修过的电机都要做堵转试验，以校验电机的性能。

2.4低电压保护

电动机电源电压因某种原因降低时，电动机的转速将下降，当电压恢复时，由于电动机自启动，将从系统中吸取大量的无功功率，造成电源电压不能恢复。为保证重要电动机的自启动，不太重要的电功机上应装设低电压保护。一些因生产工艺过程不允许或不需要自起动的电动机必须装设低电压保护。

低电压保护的动作时限分为两级：一级是为保证重要电动机的自起动，在其他不重要的电动机或不需要自启动的电动机上装设带0.5–1s时限的低电压保护，动作于断路器跳闸；另一级是当电源电压长时间降低或消失时，为了人身和设备安全等，在不允许自启动的电动机上，应装设低电压保护，经5–l0s时限动作于断路器跳闸。

2.5电动机电流不平衡保护（负序过流保护Ⅰ2）

电动机断相故障是一种较常见、最严重的不对称故障，断相后非故障相电流通常会增大，大小与断相位置、接线方式、负载大小、转速、效率、功率因数等因素有关。电动机绕组内部匝间短路故障也会造成三相不平衡。电动机断相保护的一般方法是对断相信号进行识别，当断相信号超过一定值时，断相保护经过一固定短延时后动作。利用负序电流来识别断相，以及各种相间不对称短路，反相匝间短路故障等。电动机断相保护一般设置一固定的短延时，为了避免因电动机起动时发生三相电流不对称，以及线路中偶尔出现的瞬间电流不对称而使保护误动作。

参考文献：

[1]于长顺主编.发电厂发气设备.北京：中国电力出版社，2002