继电保护 第10章电动机保护

第十章电动机保护第一节电动机的故障类型和不正常运行工作状态电动机的主要故障是定子绕组的相间短路、匝间短路和单相接地短路，以及转子鼠笼断条等。

相间短路会引起电动机的严重损坏，并引起供电网络电压降低，影响其它用户的正常工作。

因此电动机应装设反应相间短路的保护装置，无时限地切除故障电动机。

高压电动机的供电网络，通常采用中性点不接地的运行方式，电动机单相接地时，故障点只流过全网络的对地电容电流，因而危害较小。

容量在100kW以上的电动机，接地短路电流大于5A、对电动机铁芯有威胁时，应装设动作于跳闸的单相接地保护。

定子绕组的匝间短路同样会造成电动机的严重损坏，但目前还没有理想的、简单可行的电动机匝间短路保护，因此实际工作中通常都不装设专用于此的保护装置。

电动机最常见的不正常运行状态是过负荷引起的过电流和电压短时消失或与电动机同一母线其它连接元件短路引起的电压降低。

长期过负荷将使电动机的温升超过允许值，从而加速其绝缘老化、缩短寿命，严重时甚至会烧坏电动机。

因此电动机必须装设过负荷保护，作用于信号、减去所带的机械负载或动作于跳闸。

对于短时电压消失或电网内短路引起的电压降低，为了保证重要负载的电动机能够自起动，此时不重要的电动机以及电压恢复时按照技术条件和工艺要求，不允许自起动的电动机，均装设动作于跳闸的低电压保护，使其退出运行。

所谓重要负载的电动机是指断开它们会引起工艺过程长期的破坏或对国民经济带来严重后果的那些电动机，如发电厂的各种水泵、风机等厂用机械的电动机。

由于大量使用的是中、小型电动机，其保护装置力求简单、可靠。

因此常采用熔断器作为电动机短路故障的保护，若熔断器不能满足要求时，可采用专门的电动机保护。

通常电动机装设相间短路保护、过负荷保护、失压保护等，其中相间短路保护必须装设，而其它保护根据需要进行选择。

第二节电动机相间短路保护和接地故障保护一、电动机的电流保护电动机的电流保护分为交流操作和直流操作两种方式1.交流操作方式的电动机电流保护当电动机容量较小，不具备直流控制电源时，应该采用手动合闸，交流跳闸的操作方式。

如图10-1所示为采用GL型感应式电流继电器构成的电动机保护，继电器的速断部分作为相间短路保护，反时限部分作为过负荷保护，而失压保护则可利用GS2型手动操作机构中失压脱扣器（如T 1-3型）来实现。

1、2KA 为GL 型感应式反时限电流继电器。

图10-1 交流操作的电动机保护原理接线图（a ）不完全星形接线方式；（b ）差接线方式（a ）（b ）如此构成的保护方式虽然简单，但只适用于满足灵敏度的小容量的电动机。

尤其是如图10-1（b ）所示，采用一只继电器的差接线方式，各种相间短路时灵敏度也不相同，而且失压保护只能反应三相失压或三相短路，在两相短路时，只有失压脱扣器所接的两相能够起保护作用，此外，在电压回路断线时失压保护可能产生误动作，因而可靠性较低。

2. 直流操作方式的电动机电流保护如图10-2、10-3所示，在有直流电源操作控制的变配电所中，容量较大电动机的相间短图10-2 直流操作的电动机反时限过电流保护原理接线图路和过负荷保护装置应采用直流操作。

图10-2所示为采用感应型电流继电器1KA 、2KA 构成的电动机反时限电流保护的原理接线。

图10-3所示为采用电磁型电流继电器1KA 、2KA 构成的定时限过电流保护及4KA 构成的接地故障保护的原理接线图。

电动机失压保护由两只电磁型电压继电器1KV 、2KV 和一只时间继电器KT 构成定时限保护，通常在电压互感器TV 的V 相不装设熔断器FU ，并且将两只电压继电器1KV 、2KV 的常闭接点串联互锁，以减少电压互感器TV 二次断线引起保护的误动作。

图10-3 直流操作的电动机定时限过电流保护原理接线图如图10-3所示，电动机的过负荷保护可由一只感应型或电磁型继电器3KA和一只时间继电器1KT构成。

过负荷保护应动作于信号、减机械负载或跳闸。

如图10-3所示，当电动机的接地电流大于10A时，由零序电流保护的4KA动作于跳闸。

二、电动机的纵差动保护电动机的反时限和定时限电流保护速断部分的动作值一般整定较高，电动机内部短路时的保护区较小，灵敏度往往不能满足要求。

因此，2000kW以上并且有6个引出端的电动机，应装设纵联差动保护。

容量在5000kW以下时纵联差动保护采用两相式接线，容量超过时采用三相式接线。

采用BCH-2型差动继电器构成差动保护可以躲过电动机起动时非周期分量的影响，提高保护的灵敏度和改善保护性能，其原理接线如图10-4所示。

图10-4 电动机差动保护原理接线图电动机差动保护的工作原理与前述发电机差动保护的工作原理相同。

三、 高压电动机保护的整定计算 1. 电动机反时限过电流保护整定 （1） 按躲过最大负荷电流I L.max 整定对于不常具有尖峰负荷的电动机，如鼓风机、皮带输送机等，I L.max 等于电动机的额定电流；而对于经常具有尖峰负荷的电动机，如破碎机、轧钢机等，I L.max 取1.2倍的额定电流。

其整定计算式为TAL r con rel op n I K K K I max.⨯=式中 K rel —可靠系数，取1.2；K r —继电器的返回系数，取0.85； K con —接线系数，取1.（2） 二倍反时限动作电流的时限整定动作时限均应大于电动机起动电流持续的时间。

通常高压电动机起动电流持续的时间为：鼠笼式电动机空载起动，起动电流持续时间约为5s ； 鼠笼式电动机轻载起动，起动电流持续时间约为20s ； 线绕式电动机起动电流持续时间约为10~15s 。

二倍反时限动作电流的时限可按下述方法求出：将电动机起动电流折算到二次侧，并求出电动机起动电流与继电器反时限动作电流之比，如4倍时，若起动电流持续时间为10s ，则要求继电器反时限特性曲线在4倍动作电流处对应的时限大于10s ，依此曲线查出二倍动作电流处的时间，即为整定的二倍反时限动作电流的时限。

（3） 电流速断保护动作电流的整定按躲过电动机起动电流周期分量的最大值I ast 整定。

其参考值如下：单鼠笼电动机，I ast =（5.5~7）I N ；双鼠笼电动机，，I ast =（3.5~4）I N ；绕线式电动机，，I ast =（2~2.5）I N 。

整定计算式为ast TAconrel op I n K K I 8.1⨯=式中系数同上。

由于反时限继电器速断部分的返回系数仅为0.3~0.4，惯性较大，因此要考虑电动机起动电流的非周期分量，故式中乘系数1.8。

对于电流速断保护，在电动机出口发生两相金属性短路时，要求其灵敏系数大于2。

在满足灵敏度要求的前提下允许适当提高速断保护的动作值。

2. 电动机定时限过电流保护整定（1） 电流速断保护的动作电流按躲过电动机起动电流的最大值I ast 整定，即ast TAconrel op I n K K I =式中 K rel —可靠系数，取1.5。

电流速断保护的灵敏系数要求大于2。

（2） 过负荷保护的动作电流按躲过电动机额定电流I N 整定计算，即TANr con rel op n I K K K I ⨯=式中 K rel —可靠系数，过负荷保护动作于信号时取1.02；过负荷保护动作于跳闸时，取1.2；K r —继电器的返回系数，取0.85。

动作时限按大于电动机起动电流持续时间整定，一般取12~20s 。

3. 电动机失压保护整定电动机失压保护的动作值和动作时限按其用途进行决定。

（1） 按保证电动机自起动时，母线允许的最低电压U min 整定。

一般U min =0.55~0.65U N ，则N relr op U K K U U 55.0~45.0min≈=式中系数同前。

（2） 按切除不允许自起动电动机的条件整定。

通常取U op =0.6~0.7U N上述两种整定值的保护动作时限均取0.5s ，以躲过速断保护及电压回路断线引起的误动作。

（3） 根据保安条件整定。

在电压长期消失后不允许自起动的电动机，失压保护动作值通常取U op =0.25~0.4U N失压保护时限取6~10s 。

（4） 按具有备用设备而断开的电动机整定。

失压保护整定为U op =0.25~0.4U N动作时限取为0.5s 。

4. 电动机纵联差动保护整定（1） 按电流互感器二次断线不至于引起保护误动作整定。

整定计算式为I op =K re l N式中 K rel —可靠系数，采用BCH -2型继电器时取1.3；采用DL -11型继电器时取1.5~2；I N —电动机额定电流。

（2） B CH -2型继电器平衡绕组和短路绕组的选择。

由于两侧电流互感器变比相同，因此平衡绕组可以不用，也可以与差动绕组共用。

短路绕组匝数选“B 1-B 2”、“C 1-C 2”。

（3） 采用DL -11型继电器时差动保护动作时限的选择。

为了躲开电动机自起动过程中的短时非周期分量电流，要求保护带0.1~0.2s 的时限动作于跳闸。

5. 电动机单相接地保护整定起动电流按大于接地故障时被保护电动机的对地电容电流CK I .03整定，即CK TArelop I n K I .0.03=式中 K rel —可靠系数，取4~5。

保护的灵敏系数按被保护电动机发生单相接地故障时，流过保护装置的最小接地电流min .03G I 校验，即opTA G sen I n I K .0min.03=当K sen 不满足要求时，可考虑增加保护的动作时限，以躲开故障瞬间过渡过程的影响，并将K rel 降低至1.5~2。