浅谈三相异步电动机过负荷保护的配置及定值设置分析

时间：2021-09-15

周晓丽

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：以电动机过负荷保护动作造成机组停运事件为例，分析现场普遍存在的电动机过负荷保护偏重保护电动机安全，未充分释放电动机过负荷能力，对系统造成的危害。研究电动机过负荷保护配置及过负荷保护定值设置，提出改进建议及有效措施，在保证电动机安全的基础上，防止重要电动机过早切除导致经济损失。

关键词：电动机；过负荷；保护配置及定值设置

1三相异步电动机定子绕组过负荷的原因及危害

导致三相异步电动机定子绕组过负荷的原因是多方面的：一是电动机实际负载增加，如过度加载导致电动机额定电流运行，或轴承损坏等设备异常导致负载增加；二是电源异常导致电动机额定电流运行，电压、频率降低等。长时间的定子绕组过负荷，主要的危害是导致定子绕组线圈过热、绝缘受损、电动机损坏。定子线圈的温升与过电流倍数及过电流持续时间有关，过电流倍数越大则温升速率越大，过电流持续时间越长则线圈温升越高。电动机的过负荷保护定值应根据这一特性设定。

2常规三相异步电动机定子绕组过负荷的保护配置及定值选取

GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》及DL/T5153-2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》对高压电动机过负荷保护的配置要求：对于运行过程中易发生过负荷的电动机，保护应根据负荷特性，带时限动作于信号或跳闸；对于启动或自启动困难，需要防止启动或自启动时间过长的电动机，保护动作于跳闸。

目前，针对电动机定子绕组过负荷，微机型电动机综合保护通常配置长启动保护、堵转保护、过负荷保护。其中长启动保护用于保护电动机启动困难，或启动时间过长工况，采用定时限，电流动作定值取1.5-~2.0倍电动机额定电流，动作时间按躲过电动机正常启动时间整定，动作于跳闸。堵转保护用于保护电动机运行中堵转工况，采用定时限，电流动作定值取1.3~2.0倍电动机额定电流，动作时间按躲过电动机启动或自启动时间整定，动作于跳闸。过负荷保护定值按躲过电动机额定电流计算，动作时间按躲过启动时间整定，动作于信号或跳闸。

3定子绕组过负荷保护动作案例分析

下面介绍3起电动机过负荷保护动作引起的机组非计划停运事件，事件造成直接、间接经济损失过100万元。

（1）案例1：某600MW火电机组增压风机过负荷跳闸导致机组非停。2017年2月21日，某600MW火电机组按调度曲线加载负荷。当日9：19，机组负荷达到489.7MW，增压风机电流为568.2A，指令为86%；当日9：45:41，机组负荷达到500MW，增压风机电流指令为**，过负荷保护动作，动作电流为696A，增压风机跳闸，锅炉MFT动作。

（2）案例2：某600MW火电机组凝结水泵变频器过负荷跳闸导致机组非停。2016年12月17日，某600MW火电机组Ａ凝结水泵变频器运行，B凝结水泵备用，机组负荷为463.07MW。当日12：30，运行操作Ａ凝结水泵变频器增负荷；当日12:31:11，变频器输出指令为93.41%，输出电流为178.23Ａ，21ｓ后，变频器输出指令为99.71%，输出电流为207.22AＡ并维持稳定；当日12:33:15，变频器过载保护动作跳闸，Ｂ泵联启不成功，机组因凝结水失去而被迫停运。

（3）案例3：某300MW火电机组引风机跳闸导致机组非停。2013年9月25日，某300MW火电机组电负荷为260.9MW。当日4:28:42，Ｂ引风机因轴承温度高而跳闸，机组ＲＢ动作，4A引风机动叶指令由55.4%上升到**，４Ａ引风机电流由165.2A升高到482，过流保护动作，2台引风机全停，触发锅炉ＭＦＴ。对案例中电动机过负荷情况、电动机定子线圈温升情况、电动机过负荷保护定值整定情况进行统计分析，见表1。

表１电动机过负荷及定子线圈温度统计

案例1、案例2均为电动机加载过程导致电动机过负荷，案例3为B引风机跳闸导致4A引风机过载。现场所用电动机的绝缘耐热等级为F级，温升按B级考核，即电动机的允许温度为130℃，绕组温升限值为80K。由表1可知，3台电动机跳闸时的定子线圈温度都远未达到电动机线圈温度限值。案例中，电动机过负荷保护定值的取值原则均符合DL/T 1502-2016《厂用电继电保护整定计算导则》的要求，跳闸时电动机的定子线圈温度均在电动机正常允许范围内，定子线圈的温升也在安全范围内，远未达到电动机的过负荷能力限值。

4 三相异步电动机定子绕组过负荷的保护配置及定值设置建议

现有规程在电动机过负荷保护定值选取中，多考虑保护电动机安全，未充分考虑负荷特性和释放电动机本身的过负荷能力。为此，应合理设置电动机加载速率，在控制系统中设置适当的限制值，这是防止电动机过流、过载的根本措施。但是，系统需求或系统工况复杂，导致的电动机过负荷情况不一定能完全避免，因此在电动机保护配置及定值计算时，除需考虑轴承损坏导致过负荷等电动机自身原因外，还要考虑系统或负载原因导致的电动机过负荷。系统中某些重要电动机，一旦跳闸将直接导致机组非停，经济损失巨大，因此针对重要电动机的过负荷保护配置及定值选取，提出以下改进建议。

4.1应充分考虑电动机负荷特性及在系统中的地位，按二段原则配置电动机过负荷保护

应充分考虑电动机负荷特性及其在系统中的地位，重要电动机的过负荷保护按二段配置，一段保护动作于信号，提醒运行人员注意，另一段保护出口跳闸。在保证电动机安全的前提下，尽量放开电动机的过负荷能力，延迟另一段保护出口跳闸的时间，给运行人员争取

调整的时间，避免机组非停，减少损失。

定子绕组过负荷一段保护定值可取1.05倍电动机额定电流，动作时间可适当取短，按躲过电源波动整定，可取3~5ｓ，保护动作于信号。信号应上传至主控室，提醒运行人员注意并及时做出调整。

定子绕组过负荷另一断保护可采用定时限或反时限动作曲线，按躲过定子绕组过负荷能力整定，动作于跳闸。反时限动作曲线贴近电动机定子绕组的过负荷能力，简单的电动机运行期间过载保护动作模型：

式中，ｔ为保护动作时间；τ为电动机定子线圈热容量系数；Ｉ*为以电动机额定电流为基准的标幺值；Ksr为散热系数，可取1.05~1.1。

动作曲线的启动门槛可取1.05~1.1倍电动机额定电流，热容量系数τ的取值应由电动机厂提供，或参照导则，根据电动机的热限曲线、过负荷能力、允许堵转电流及时间或启动电流下的定子温升进行估算。

定子绕组过负荷若按定时限保护配置，则保护电流动作值可按1.5~2.2倍电动机额定电流整定，动作时间按躲过电动机厂家提供的电动机过负荷能力整定，保护动作于跳闸。

4.2 优化电动机过负荷保护逻辑，增设定子绕组温度辅助判据

为保证电动机的安全，可在电流型电动机过负荷保护的基础上，引入电动机定子线圈的温度作为辅助判据。当电动机过负荷保护动作，且电动机定子线圈温度过限值时，保护出口跳闸。

4.3配置电动机热过载保护并合理设置保护定值

微机电动机综合保护通常配置电动机热过载保护。热过载保护的模型，综合考虑了电动机正序电流及负序电流对电动机发热的不同影响，以及电机冷态、热态、散热等工况。应根据电动机厂家提供的电动机热限曲线或过负荷能力，合理设置电动机热过载保护定值并投入运行，是对电动机过负荷的有效保护手段。

5安科瑞智能电动机保护器介绍

5.1产品介绍

智能电动机保护器(以下简称保护器)，采用单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行保护，并设有SOE故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口，DC4-20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。

5.2技术参数

5.2.1数字式电动机保护器

5.2.2模块式电动机保护器

5.3产品选型

说明：“√”表示具备，“■”表示可选。

6结束语

重要电动机的过负荷保护应充分考虑电动机负荷特性，充分释放电动机过负荷能力，按躲过电动机过负荷能力整定，不宜太灵敏。电动机的过负荷保护按二段配置，一段发信号，信号应发至主控室提醒运行人员及时调整；另一段动作于跳闸，跳闸段定值按躲过电动机过负荷能力整定。反时限动作曲线贴近电动机定子绕组的过负荷能力，采用反时限动作曲线可为电动机提供合理的保护，同时可将电动机定子绕组温度作为电动机过负荷的辅助判据，两者均满足条件时启动跳闸。投入并合理设置电动机热过载保护是保护电动机过负荷的有效手段。

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